EFP侵彻爆炸反应装甲过程研究

为了提高串联战斗部侵彻爆炸反应装甲的能力,消除爆炸反应装甲对主射流的影响.对串联战斗部前级爆炸成型弹丸(EFP)侵彻爆炸反应装甲进行了数值模拟和试验研究.建立了前级EFP装药从起爆、成型到侵彻爆炸反应装甲全过程的有限元模型,采用二维轴对称拉格朗日算法计算得到了EFP侵彻爆炸反应装甲各板的速度、直(孔)径和PBX9504炸药板内的冲击压力,得出了EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的结论.通过EFP实弹侵彻爆炸反应装甲实验.证实了串联战斗部前级EFP对爆炸反应装甲穿而不爆的过程.     

平头弹贯穿陶瓷/金属复合装甲的分析模型

利用能量法建立平头弹贯穿陶瓷/金属复合装甲的分析模型.假定在贯穿过程中弹丸的动能被弹体、陶瓷板和金属背板3部分吸收.该模型考虑了弹体的销蚀与墩粗变形,陶瓷板的压碎与剪切破坏以及金属背板在不同厚度下的破坏模式.在给定的弹靶条件下,可以预测靶板的弹道极限及弹体的残余速度.模型计算结果与相关实验数据吻合较好.     

强化驻留效应的陶瓷复合装甲抗弹性能

轻强化是防护装甲永恒的追求,通过结构创新设计是实现装甲轻强化的重要手段。本文基于陶瓷驻留效应防护机制,对填充陶瓷进行结构设计从而达到强化驻留效应的目的,有效提高了防护装甲的轻强化,并且探索了结构参数对新型防护装甲防护性能的影响规律。结果表明：新型复合装甲的抗弹机制呈现出驻留效应和厚度效应的顺序耦合;当锥角为60°时,新型防护装甲的驻留效应最大,且随着锥角层高度的增大,驻留效应进一步增大;与传统的陶瓷复合装甲相比,在动能耗散率和弹体剩余速度相当的前提下,新型防护装甲的质量降低了16.7%。     

EFP侵彻陶瓷/金属复合靶实验运动网格法模拟

为高效地实现EFP弹丸成型、飞行及大炸高下侵彻氧化铝陶瓷/金属复合靶过程的数值模拟研究,采用JH-2模型描述99氧化铝陶瓷本构关系,运动网格法进行流场计算,流固耦合算法实现EFP对复合靶板的侵彻作用.该方法解决了EFP在大炸高下形成及侵彻靶板过程计算总网格数过多问题,获得了侵彻过程中陶瓷的损伤演化和分布以及在A3钢背板中的侵彻深度.结果表明:数值模拟所得EFP头部速度值与实验值基本一致,尾部速度值略高于实验值,EFP的长径比略高于实验值;在背板中的残余侵深比实验结果略高,但差别不大;EFP在钢背板中的残余侵彻深度随陶瓷厚度的增加而减小,残余侵深与陶瓷厚度之间基本呈线性关系.     

钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹性能

为优化设计钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板,结合薄板冲塞的极限速度方程与Florence模型建立了钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板的抗弹极限速度预测模型. 根据模型,分析了不同面板、背板及陶瓷厚度组合对钢/Al2O3陶瓷/钢轻型复合装甲板抗弹极限速度的影响,并通过7.62mm普通钢芯弹侵彻钢/Al2O3陶瓷/钢复合装甲板试样实验验证了该模型的正确性. 结果表明,钢面板厚度小于1.0mm时,复合板抗弹极限速度计算值和实验值之间的相对误差在15%以下,陶瓷芯与钢背板的厚度比保持在1.5～4.5之间比较合理.     

破甲弹对复合装甲毁伤数值模拟分析

为研究破甲弹对复合装甲的毁伤规律,利用Autodyn非线性动力学软件,建立了破甲射流对复合装甲数值仿真有限元模型,并分别就碰撞点和破甲弹结构参数改变对毁伤效应影响进行了仿真计算与分析,以射流剩余速度和穿孔特征为评估参量,初步得到了破甲弹对复合装甲的毁伤规律. 破甲弹正面进攻主战坦克时,复合装甲的穿透与破坏情况随各板块被侵彻的顺序不同而不同,45°～60°范围内的锥角比较适合作为反复合装甲的破甲弹的药型罩锥角.      

陶瓷/金属复合装甲抗弹约束效应述评

通过对陶瓷/金属复合装甲及其陶瓷约束的介绍,综述了陶瓷复合装甲的抗弹性能表征和3种陶瓷约束(轴向、侧向和三维约束)对抗弹性能及机理的影响.作者认为,采用金属铸造工艺制备金属封装陶瓷复合装甲具有潜在的应用前景,同时应加强对新型陶瓷复合装甲的综合抗弹性能表征、动力学特性、结构优化设计等方面的研究.     

陶瓷复合装甲防弹机理及防弹性能

以实弹靶试结果为依据，通过观察分析陶瓷复合材料／复合装甲受穿弹冲击后的破坏形貌，对复合装甲的防弹机理进行了研究，并在此基础上对该种装甲防弹性能的理论估算进行了探讨，实验证明建立在此种防弹朵理基础上的防弹性能的估算公式，与以往公式相比精度大大提高。     

长杆弹对陶瓷复合装甲斜侵彻的数值模拟

该文结合某型陶瓷复合装甲的侵彻实验,利用三维非线性动力有限元程序LS—DYNA3D,建立高速钨质长杆弹对多层陶瓷复合装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,并与实验进行对比,数值结果与实验结果吻合,对进一步研究复合装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。     

不同速度下B4C陶瓷/铝合金轻型复合靶板抗侵彻行为研究

陶瓷复合装甲由于其本身高硬度、低密度的特点被广泛应用于高机动性武装载体上，其主要威胁弹体为12.7 mm穿甲燃烧弹。该弹种在侵彻陶瓷轻型复合靶板时弹芯会发生脆性破碎失效行为，弹丸着靶速度的不同会导致弹芯破碎程度的变化，从而直接影响侵彻结果。利用12.7 mm穿燃弹以区间速度498.9～769.2 m/s撞击B₄C/铝合金轻型复合靶板的试验，对靶板与弹芯的损伤模式与侵彻行为进行多尺度分析，并利用LS-DYNA软件进行相应数值模拟。研究结果表明：6061-T6铝合金背板主要失效形式为花瓣形撕裂穿孔并伴随永久性隆起形变，试验得到的弹芯碎片的平均特征尺寸随着侵彻速度的增大而减小，证明在高速侵彻过程中弹芯损伤更为严重；弹芯头部的应力远大于其他位置的应力，弹体从头至尾部方向峰值逐渐降低；对弹芯造成损伤的主要为陶瓷抗弹面板，主要损伤位置为陶瓷粉碎区；背板在侵彻过程中主要对陶瓷起支撑与缓速作用，对弹体的体积与形变无明显影响；陶瓷/铝合金复合装甲的能量吸收能力随着侵彻速度的增大而提高。     

多层陶瓷复合轻装甲结构的抗弹性分析

该文基于应力波在分界面的反向和透射理论，综合考虑靶板的整体变形，提出了一种多层陶瓷复合轻装甲结构方案；利用薄板的冲击动力响应模型，对该类靶板的抗弹性进行了理论分析，其结果和试验结果具有较好的一致性。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

675装甲钢的静动态力学行为与J-C模型参数拟合确定

为研究675高强装甲钢在受到弹丸冲击后的动态响应问题,需要确定一套适用于侵彻仿真计算的675装甲钢的材料模型. 通过开展675装甲钢的动静态力学性能试验和材料断裂实验,并且根据实验结果对675装甲钢材料的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数进行了拟合. 同时,根据弹道试验建立了仿真侵彻模型,将数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:通过材料性能实验得到的675装甲钢的Johnson-Cook本构和失效模型应用于弹靶侵彻的数值仿真时,得到的仿真结果与弹道试验结果的平均误差为6.5%,最大误差不超过10%,拟合得到的Johnson-Cook本构模型和失效模型参数的可靠性较高,对675装甲钢在冲击载荷下的仿真计算具有重要意义.      

多层复合装甲优化设计

以防14.5 mm穿燃弹为目标,针对考虑基体防护的多层复合装甲,结合研究成果在Florence模型中引入了反映表面驻留效应的系数,并结合德玛尔极限穿透公式,提出了一种多层复合装甲的优化设计方法.设计了相应的防护结构,并进行了靶试验证.研究计算及试验结果表明,采用本优化方法确定的设计方案较传统方案在防护能力更高的前提下可减重21%,可以用来实现复合结构的轻量化设计,有利于面板、背板和基体装甲的结构匹配优化.     

弹丸对薄间隙装甲的穿透计算

通过对一种带铝风帽弹丸穿透多层薄间隙装甲现象的分析,给出了一种计算弹丸穿透每层薄装甲之后的剩余质量、剩余速度的工程方法。模型将弹丸对薄板的穿透过程分为两个阶段。计算与相应的实验结果符合较好。     

SiC/UHMWPE复合装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用碳化硅(SiC)陶瓷结合超高分子聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)硬-软结构,设计出4种不同配比的轻型复合装甲板.研究了不同类型小口径子弹对不同配比复合装甲板的侵彻性能,同时运用LS-DYNA软件对侵彻过程进行了数值模拟分析,模拟结果与试验结果具有较好的一致性.结果表明,该硬-软结构的轻型复合装甲板能有效防护7.62和5.8mm小口径弹药的进攻,极大地提升了防护性能.     

UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响，采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征，分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明，陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式，其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹；纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱，其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且，背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响，随着UHMWPE背板铺层角度的减小，背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大，靶板对弹芯的破碎作用越明显，冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小，小碎块数量增多，弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱，复合靶板整体抗弹性能增加，同时背板鼓包高度减小，锥形鼓包所形成的角度增大，纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.      

陶瓷靶抗侵彻特性的数值模拟研究

研究增韧对氧化铝陶瓷抗侵彻性能的影响.采用AUTODYN软件和JH-2模型参数对10%ZrO2增韧Al2O3陶瓷(简称ZTA陶瓷)和AD95陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能,进行了系列数值研究,并与45号钢的抗侵彻性能进行了对比.研究结果表明,长径比一定的长杆弹对复合靶的侵彻存在一个最佳的冲击速度;在高速冲击下,两种陶瓷复合靶的防护系数均大于1,陶瓷材料能够有效提高装甲的抗长杆弹侵彻能力;不同工况下ZTA陶瓷抗长杆弹侵彻能力优于AD95陶瓷.     

反应装甲爆轰阶段对射流干扰机理的研究

对射流与反应装甲相互作用的机理进行了分析和研究,建立了反应装甲在爆轰阶段干扰射流的数学模型,对“卵石模型”进行了简化和进一步定量化,推导了反应装甲运动的前、后板栏截射流的周期公式,提出了射流受反应装甲干扰后的后效穿深及干扰效率的计算方法,并与实验进行了对比．     

反应装甲对射流干扰的数值模拟研究

基于爆炸式反应装甲与射流之间相互作用存在诸多影响因素,采用数值模拟方法探讨了反应装甲对射流的干扰问题. 建立了反应装甲和聚能装药的三维有限元模型,选取ALE算法进行数值仿真,得到了不同角度放置的反应装甲对射流的干扰过程和射流被干扰前后的速度梯度曲线. 仿真结果表明,随着反应装甲放置角度的增加,干扰的效果也随之增加. 数值模拟结果与实验结果进行了对比,符合较好.