爆炸成型弹丸垂直穿透钢板靶后破片飞散特性

为了能够利用爆炸成型弹丸打击目标前的初始条件对目标内部的破片分布进行量化预测,从而可以对目标打击策略进行优化升级,采用了经过实验数据验证的数值仿真方法,对某爆炸成型弹丸垂直穿透钢板所形成的靶后破片进行了研究,分析了靶后破片的数量与所处飞散角度的关系,建立了上述关系与着靶速度（1700～1900 m/s）、靶板厚度（30 ~ 70 mm）、破片来源（爆炸成型弹丸或靶板）的联系. 结果表明:可以通过初始条件可靠地量化预测破片分布,并且靶板及爆炸成型弹丸产生的靶后破片相对累计数量随飞散角的增加而呈Weibull累积分布函数式增加.      

爆轰驱动金属壳体断裂数值仿真研究

对破片形成及运动问题的研究在增强战斗部的毁伤效能中具有重要地位. 本文利用数值模拟方法对不同装药结构的破片战斗部壳体在爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行了仿真计算,仿真结果与理论计算结果相符,验证了数值模拟方法的可行性. 在此基础上对比分析了不同刻槽受控破片战斗部壳体断裂破片形成过程,得到了刻槽对破片速度的影响规律. 本文结果可为破片战斗部工程设计提供参考.     

隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响

采用在成型装药前端加装金属隔栅的方法形成爆炸成型弹丸(EFP)破片模态,利用LS-DYNA程序仿真研究了隔栅对EFP破片成型及侵彻的影响,得到隔栅位置和结构对形成EFP破片速度和飞散情况的影响规律。研究结果表明,隔栅单元格边长为0.2倍装药口径、隔栅与药型罩端部之间的距离为1/12倍装药口径时,形成的EFP破片速度和散布面积较佳。采用优化的隔栅结构进行试验,试验与数值模拟结果吻合较好,说明该文结果可为多模成型装药的进一步研究提供参考。     

爆炸复合金属靶抗侵彻性能分析

针对弹体侵彻爆炸复合金属靶的问题,提出了用固连．失效模型反映爆炸复合板层间结合的方法。利用非线性有限元程序LS-DYNA3D对爆炸复合靶的弹道侵彻过程进行了数值模拟。结合弹击实验分析了靶板的破坏机理和吸能方式。借助于数值模拟结果定性地分析了靶板层间结合强度和厚度分布对抗侵彻性能的影响。结果表明：采用该固连-失效模型可较好地模拟爆炸复合靶在弹体侵彻下的变形过程;较硬的面板对弹丸的破坏作用和较软的背板对弹丸能量的吸收作用将使得复合板的抗侵彻性能提高;面板与背板厚度比约为2：1时抗侵彻性能最好;界面结合强度的存在也将提高复合靶的抗侵彻性能。     

地面装甲车毁伤概率计算方法

针对不确定信息下弹丸近炸破片毁伤效能难以评估的问题,该文基于破片飞散特性和目标毁伤准则建立一种地面装甲车毁伤概率计算模型。根据空中弹丸与地面装甲车的空间关系,分析破片在飞行过程中的衰减特性,研究破片对装甲车的侵彻效果,结合弹丸近炸破片场的散布密度函数,制定装甲车部件毁伤准则;根据装甲车各部件的毁伤权重和易损面积的关系,构建单枚破片毁伤概率计算函数;形成破片数量和侵彻面积条件下的装甲车毁伤概率计算模型。通过计算与分析,给出了不同弹丸炸点高度、不同入射角以及装甲车不同易损区权重差异等条件下破片对装甲车的毁伤效果;同时,采用ANDYS/LS-DYNA仿真模拟不同速度破片对目标的侵彻过程。结果表明,在弹丸与装甲车的交汇过程中,近炸高度越小,弹丸入射角越小,装甲车被毁伤的概率越大;同时,等效靶板所受破片毁伤能量与破片侵彻速度呈正比,并且破片作用在装甲车的破片数量越多,破片对装甲车的毁伤效果越明显。     

防护材料对爆炸驱动反应破片的影响

 研究了反应破片战斗部在爆轰驱动下反应破片的加载过程。利用AUTODYN-3D有限元计算软件,针对含能破片战斗部作用的特点,建立了破片抛射速度和主装药、隔爆层、破片等参数的数学模型,模拟了主炸药的起爆、爆轰波的传播、防护材料的作用及对破片的初始驱动过程;通过研究不同防护材料对爆炸冲击波的衰减特性,在满足反应破片抛射初速的前提下保证破片不破坏且有足够的抛射速度;对爆炸驱动过程进行理论分析和数值模拟,验证所设计的防护材料对反应破片的防护性能;对理论计算和数值模拟结果进行比较,并分析各影响因素,结论可为含能破片战斗部结构设计提供依据。     

破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析

为了从理论角度分析钢/陶瓷/钢复合板抵御爆炸破片的侵彻能力,将钢/陶瓷/钢复合靶板简化为由单层的薄板(钢面板)与陶瓷/钢复合靶板组合而成,建立了破片侵彻复合板过程的理论分析模型。结合Florence模型推导了弹体穿透钢/陶瓷/钢复合靶板的剩余速度公式。采用非线性动力学计算程序AUTODYN模拟了圆柱形破片对钢/陶瓷/钢复合靶板的侵彻过程,模拟结果与理论计算结果吻合较好,推导得到的理论公式具有一定的工程实用性。     

2～3km/s初速下球形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2~3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究。分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600~800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析。结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大。     

多模战斗部中定向破片的发散角分析

为了解多模战斗部中的定向破片的特性,分析了在爆炸成形弹丸结构前适当位置安装一个可抛掷的切割网罩的装药结构,并采用LS-DYNA 3D程序,对药型罩经过2种不同切割网罩形成多个破片的过程进行了数值仿真。该装药结构能形成具有一定质量和方向性、速度达到1.5~2.5 m/s的破片群。通过数值仿真并结合试验得到了破片发散角α的计算公式,着重讨论了α与切割金属丝的直径D、材料屈服强度,以及破片与药型罩之间的距离d的关系。得到了:α随着D的增大而增大,材料屈服强度越大越有利于切割,但对α影响不大,而d则需在一定的范围之内才能形成理想的破片,并存在一个最佳值。     

地雷战斗部爆炸成型弹丸速度影响因素

采用LS-DYNA3D对K．Weimann等人做的爆炸成型弹丸实验进行了数值模拟,其模拟结果与实验结果具有较好的一致性。在此模拟的基础上着重分析了装药长径比、壳体厚度、药型罩壁厚对爆炸成型弹丸速度的影响规律,得到了有关爆炸成型弹丸成型速度关系式,为优化爆炸成型弹丸设计提供参考。     

典型相似结构柱壳装药殉爆响应数值模拟

为了研究相似结构柱壳装药殉爆响应的差异,选用常用于考核炸药殉爆不敏感性能的两种具有几何相似特性的典型柱壳装药结构,并采用数值模拟方法对φ60 mm和φ120 mm两种弹体的殉爆过程进行了分析.结果 表明,两种弹体壳体破裂形成的自然破片长宽比约为3.5:1,破裂前壳体壁厚与破片厚度的比值在1.5～1.75;φ60 mm弹体主发弹壳体破裂后形成尺寸较小的自然破片,被发弹发生殉爆是由于相邻多枚小破片撞击后压力叠加的结果,单枚小破片由于撞击后侧向压力波稀疏效应明显而无法起爆被发弹,增加弹间距降低了多枚小破片同时击中被发弹同一区域的概率;对于φ120 mm弹体,随着壳体厚度的增加,主发弹壳体破裂后形成尺寸较大的自然破片,单枚较大质量的破片撞击被发弹壳体的压力波汇聚效应较强,侧向稀疏区域较小,因此可以冲击起爆被发弹,增加弹间距只是降低较大质量破片击中被发弹的概率.研究结果为不敏感炸药殉爆考核的试验方法设计及结果分析提供参考.     

2-3km/s初速下圆形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2 ～3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究.分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600 ～ 800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析.结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大.     

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

侵爆战斗部对典型建筑物的毁伤评估算法研究

应用毁伤评估理论与方法,搭建了可用于侵彻战斗部对混凝土建筑目标的毁伤评估系统.其中包含适用于混凝土建筑物毁伤评估的目标模型抽象数据格式架构,并给出了将此架构与建筑三维模型相关联的方法;以材料数据库、诸多经验公式及相关研究为基础,建立了战斗部建模与威力分析模块;基于层次分析法、毁伤树法等思想,建立了易损性分析模块.提出对侵彻、爆炸两个过程的近似模拟方法并在毁伤评估模块中实现.利用毁伤评估模块分析了打击瞄准位置、起爆位置、CEP半径对于毁伤效果的影响,可为相关研究提供参考.     

引信安全系统动态特性及膛内安全性研究

针对传统安全系统的隔爆部件在钟表机构的轮系失效时,可能引起的炮口炸的问题,提出一种消除此种危险的安全系统结构设计准则. 通过建立结构的动力学方程,得到回转体部件在弹道环境下的运动规律,同时用ADAMS仿真进行分析和验证. 研究结果表明这种结构能够消除炮口炸的危险,分析理论可以用于指导安全系统的设计.      

一种基于传声器阵列的多弹丸作用情况判定系统及方法

针对常规兵器试验及部队演习过程中地面多弹丸作用情况判定难题,提出了一种采用传声器阵列测量仪器采集声波,采用时域分段和空域滤波分解爆炸声波判定多弹丸作用情况的技术。首先,根据传感器阵孔径在时域上分割信号,将包含较多爆炸声信号的声波数据分割为多段只包含较少爆炸声波的数据;其次运用传感器阵波达角估计技术获取各段信号中爆炸声的来向;再次,将信号通过空域滤波技术分解到相应的爆炸声波来向上,这样,每段信号将被分解为多个信号;最后,检测每个被分解的信号中爆炸声波个数,将其相加即为所有弹丸爆炸数量,据此实现弹丸作用情况判定。应用仿真实验和实弹试验验证了该方法的可行性和有效性,最后分析和探讨了方法使用条件问题。     

道面浅埋爆炸效应数值模拟

道面是由混凝土或沥青、水泥稳定层、粘土组成的多层结构,在弹体侵彻爆炸情况下,其受力过程非常复杂.采用AUTODYN-3D非线性动力学软件,运用Lagrange算法,实现了不同装药量在混凝土、沥青等多层介质靶中不同炸深的爆炸毁伤数值仿真.结果表明,沥青的抗浅埋爆炸效应能力要优于混凝土.不同装药量、不同混凝土强度的计算结果显示了合理的变化规律,表明数值仿真模型建立和计算结果的有效性.     

复合纤维材料在预制破片弹上的应用

 为提高预制破片弹丸携带的有效载荷量,增强其综合毁伤威力,采用理论与试验相结合的方法对复合纤维材料代替金属材料作为预制破片包覆层的发射强度进行了计算分析。结果表明,在高过载条件下,碳纤维T700S和钢材料作为包覆层材料均能满足强度要求,而E玻璃纤维作为包覆层材料则不能满足。此外,使用复合纤维材料的成本也比钢材料要低。研究结果对复合纤维材料在相关弹药上的应用前景具有重要的参考意义。     

装药爆炸临界震塌爆距的计算分析

运用分段插值函数来表达石质坑道震塌计算经验公式中的爆距与洞跨径比影响系数,给出了隧道工程临界震塌爆距的实用计算方法;通过回归分析,得出了结构动、静载荷段交界点临界震塌爆距爆炸角的计算公式,可用于工程中区分结构动、静载荷段,以及确定结构最小安全防护层厚度。该方法计算过程简单,计算精度与原公式一致,并对在GBU-28装药爆炸作用下,一至四类围岩隧道工程震塌爆距进行了分析研究,得出了一些有益的结论,可供有关科研及工程实践参考。     

500AMeV^56Fe＋Em相互作用中产生的靶核碎片研究

高能核一核碰撞中靶核和射弹核的碎片分布，是研究核碎裂机制的重要方面．通过对500AMeV^56e与原子核乳胶相互作用产生的靶核碎片的角分布的测量，可以发现重靶AgBr的黑粒子的发射角关于90°方向近似对称，即表明在90°方向存在侧向流．我们知道黑粒子是从激发的剩余靶核蒸发出来的，从流体力学模型的角度上来看，侧向流产生原因可能是弹核旁观体的弹出与弹核参加者产生侧向集体流造成了靶核旁观体向相反方向运动，从而在接近90°的方向上产生靶核碎片集体流．