李鹏飞 屈可鹏 杨磊

以战斗部用典型缓冲材料为对象设计了三类不同的缓冲结构,并采用大型落锤装置对其进行了撞击加载试验,获取了经不同缓冲结构衰减后的应力波形,并从理论上探讨了不同缓冲结构的缓冲特性,提出了战斗部缓冲结构的优化设计方法。结果表明：在缓冲结构厚度一定的前提下,阻抗顺序组合的双层缓冲结构应力波衰减效果最好。     

子母战斗部跌落安全性研究

采用LS-DYNA动力学仿真软件对某半穿甲子母战斗部3 m高度以不同跌落方式自由落体进行了数值模拟计算.通过计算,得到在不同状态下战斗部跌落时的结构应力变形和装药过载响应数据.结果表明,战斗部大端朝下垂直跌落时内装子弹装药所受过载最大,安全性威胁较大,为后续战斗部跌落试验提供了一定的参考.后续战斗部跌落试验和数值模拟结果较为相符.     

缓冲材料对活性破片战斗部爆炸驱动影响分析

为研究活性破片战斗部爆炸驱动作用行为,采用数值模拟与试验相结合的方法,获得了缓冲层材料及厚度对活性破片战斗部爆炸驱动行为的影响特性.数值模拟结果表明,随着缓冲层厚度的增加,活性破片飞散速度明显降低,4种缓冲材料中,软铝缓冲层对活性破片初速影响最大,且破片初速随缓冲层厚度的增加基本呈线性下降趋势,尼龙和凯夫拉缓冲层对破片初速影响较小;随着缓冲层厚度的增加,活性破片所受载荷明显降低,其中软铝降载荷效果最好,其次为凯夫拉.综合考虑活性破片速度和破片完整性、安定性要求,选择凯夫拉缓冲层较好.最后,通过活性破片战斗部地面静爆试验对数值模拟结果有效性进行了验证,试验结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好.      

离散杆战斗部杆条抛撒规律的有限元分析

 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对离散杆战斗部的杆条排布及抛撒方式进行了较深入研究。在AUTODYN-3D平台上建立了离散杆战斗部三维有限元模型,采用Lagrange算法,对离散杆式战斗部的钢杆条和钨合金杆条在有、无填充材料时杆条抛撒进行了模拟。研究发现,杆条材料、缓冲材料对杆条抛撒行为有显著影响,装填合适的缓冲材料有利于减少爆轰产物的飞散,提高炸药的能量利用率。模拟结果为离散杆战斗部设计提供了有益参考。     

基于构型设计的包装容器缓冲效应数值分析

基于材料结构塑性变形能量耗散机理,提出了3种基于构型设计的安全包装容器,并采用Abaqus/Explicit有限元软件针对包装容器不同姿态自由跌落进行了数值模拟,分析了容器结构50 m高度自由跌落正碰、侧碰和斜碰金属靶体的冲击响应.数值结果给出了不同冲击环境下安全包装容器各部件变形及应力分布,讨论了不同结构形式包装容器的冲击缓冲性能.研究表明,3种构型设计的包装容器均能承受50 m高度自由跌落冲击,基于外壁凸起的薄壳结构和低阻抗宽平台应力材料填充方式的缓冲设计方法均能实现对被保护体有效的冲击防护.      

金属陶瓷与金属钎焊接头应力模拟分析

采用有限元数值模拟方法模拟了不同缓冲层和缓冲层厚度对接头残余应力的影响,结果表明,对于同一种缓冲层,厚度不一样,减少应力的效果不一样,都存在一个最佳厚度;使用Cu箔、Ni箔、Ti箔对缓解残余应力非常有效,而使用Mo箔作为应力缓冲层可以调整残余应力场的分布状态。     

爆炸应力波在层状岩体中的传播与衰减

针对层状岩体的特征,研究爆炸应力波中的平面波在层状岩体界面上的透、反射关系以及球面波在各岩层中的衰减特性,分析爆炸应力波在层状岩体中的传播和衰减规律.研究表明,爆炸应力波在各层岩体中随传播距离的增加而衰减,衰减速度分别与各层岩体的衰减系数有关;爆炸应力波在经过不同岩层界面时的强度增减与层面两侧岩体的阻抗有关.在相同传播距离内,层数较多、软硬相间的层状岩体对爆炸应力波有更大的衰减.当爆炸应力波经层状岩体传播后作用于地下结构时,层状岩体能更好地保护其下方的结构.     

缓冲装置对炸药装药抗过载安定性影响研究

采用大型落锤模拟加载系统研究了缓冲装置对炸药装药抗过载安全性的影响。结果表明,缓冲装置可以对炸药进行有效保护;缓冲装置改变了外部载荷的特征,使得外部载荷不容易使炸药点火,进而提高了炸药的抗过载安全性,为战斗部的装药设计提供依据。     

基于3次Bezier曲线的缓冲包装CAD框架构建

针对缓冲材料静态压缩试验得到的应力—应变曲线多为非线性、分段拟合时不易收敛的特点,提出了利用3次Bezier曲线分段拟合应力—应变曲线的方法,由此可以推导出缓冲系数,进而得到缓冲系数—最大应力参数方程;基于3次Bezier曲线,提出了从缓冲材料试验开始至缓冲包装设计结束的设计流程,并探讨了开发基于3次Bezier曲线的计算机辅助缓冲包装设计软件框架;软件能够实现根据"新材料"静态压缩应力—应变试验曲线得到缓冲系数—最大应力参数方程;并将处理数据添加到"已有材料",利用"已有材料"进行缓冲包装设计时,只需输入等效跌落高度H、产品脆值G、产品重量W(或产品表面积S)即可得到缓冲衬垫的面积A和厚度T,大大提高了缓冲包装设计的效率。     

椭圆截面杀伤战斗部破片初速沿周向分布规律

为研究异形结构杀伤战斗部破片速度及其分布规律,选择了椭圆截面柱状战斗部结构为研究对象,首先应用有限元数值方法,得到了不同短长轴之比、不同装药质量C与壳体质量M之比β的战斗部壳体加速规律,并且模拟得到了与各椭圆截面战斗部具有相等C/M的圆柱状战斗部的破片初速,近而得到了与圆形截面战斗部破片初速相等时的椭圆截面战斗部方位角δ,δ随短长轴之比和C/M变化;基于Gurney公式,通过对其β以及能量损耗进行修正,得到了椭圆截面战斗部壳体破片初速沿周向分布规律和破片初速计算公式.计算结果表明,破片初速在周向上沿短轴方向最大,沿长轴方向最小.     

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。     

液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计

针对以往分析凿岩机入射应力波为定值的情况,基于应力波在不同介质中传递原理,计算经过多次透射和反射到达缓冲活塞的应力波大小,并运用傅里叶级数推导入射应力波模型.采用应变片实验法测试入射应力波波形,依据实验结果对入射应力波模型进行修正.基于牛顿力学理论,构建双缓冲系统的蓄能器等效刚柔耦合模型和双缓冲机构模型.借助Matlab工具,分析缓冲活塞运动规律以及一、二级缓冲腔压力变化规律.采用多目标优化方法对双缓冲系统的性能参数进行优化,获得双缓冲系统性能参数的最优参量：缓冲流量8.5 L·min-1、环形间隙0.017 mm、蓄能器初始充气压力2.3 MPa以及工作压力7.6 MPa.     

基于ANSYS/LS-DYNA的钻地战斗部侵彻混凝土靶数值研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,对某钻地战斗部侵彻混凝土靶进行数值模拟。模拟了钻地战斗部在给定的初速与起爆时间下侵彻并毁伤混凝土靶板的过程,得出整个钻地战斗部的最薄弱位置在战斗部头部后端的战斗部薄壳体位置处;钻地战斗部完全侵入混凝土靶板后不同的起爆时间对混凝土靶板的毁伤效果差异不大。     

定向战斗部复合装药爆轰的超压区域及破片增益特性的机理分析

针对定向战斗部破片分布密度增益不理想的情况提出其复合装药结构新途径. 理论分析了定向起爆下相向爆轰波碰撞的局部超压区特性,建立了复合装药结构定向战斗部的仿真模型,用Ls-Dyna-3D程序模拟,并分析了不同偏心起爆模式下破片速度和密度的增益. 结果表明,定向战斗部中相向爆轰波产生的超压区域是产生破片速度增益的直接原因,采用复合装药结构,可明显增加定向区内破片的分布密度,采用三相线起爆模式可得到最佳的破片速度和分布密度增益.      

膨润土-砂混合物缓冲层径向热传导性

膨润土-砂混合物作为高放废物处置库缓冲材料,在核废料衰变热影响作用下,其稳定性及物理力学性能产生显著变化,这对缓冲回填材料的包封阻隔作用及处置库的安全运行产生重要影响。本研究采用自行设计的装置对按比例缩小后的不同干密度、含水率、掺砂率试样进行热传导模拟试验,并对试验过程进行热-力耦合数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和应变的变化及分布情况。结果表明,增大试样干密度、含水率和掺砂率均可提高导热性,应力和应变也随之增大,且不同含水率试样产生的结果变化显著;缓冲层靠近热源的位置温度、应力和应变最大,且沿径向方向减小,初始时刻各值变化显著。     

烟幕干扰弹新型战斗部结构研究

设计了新型多级烟幕干扰弹战斗部,提高干扰弹的有效作用时间及有效作用波段。通过对两级战斗部结构装填,模拟干扰粉剂和某新型干扰粉剂的抛撒试验。研究了新型干扰弹战斗部结构的可靠性及抛撒效果。利用ANSYS LS/DYNA软件通过流固耦合算法对所设计的新型战斗部结构进行了数值模拟研究,对新型战斗部的抛撒药装药结构进行了优化。新型多级战斗部能够通过调整装药级数提高干扰弹的有效作用时间,通过对每一装药模块装填不同干扰粉剂提高单发弹有效作用波段,优化的抛撒药装药结构能够在保证抛撒稳定性和均匀性的基础上提高干扰粉剂的利用率。     

基于终端毁伤的可瞄准战斗部优化设计

为对付多种不同的空中目标,实现战斗部破片的可控飞散,根据可瞄准战斗部的结构特点建立了弹体坐标系,基于引制一体化技术提出了可瞄准战斗部侧向攻击和前向拦截目标的单发杀伤概率计算模型. 根据可瞄准战斗部在导弹内的装配特点,初步优化了战斗部的设计参数,在此基础上,选择不同的典型目标,采用蒙特卡洛法分别研究了可瞄准战斗部的破片初速、破片飞散角和破片有效数量等主要性能参数对导弹终端毁伤效能的影响,基于终端毁伤效能的研究对可瞄准战斗部进行了优化设计,该优化过程对可瞄准战斗部的设计具有一定的参考价值.      

波浪荷载作用下原状软黏土动力特性和基于能量方法的孔压研究

针对杭州原状软黏土,利用浙江大学5 Hz空心圆柱扭剪仪进行等向固结条件下的主应力轴旋转试验以研究波浪荷载作用下软黏土的动力特性。探讨不同频率和循环应力比条件下土体的应变发展、模量衰减等动力特性。采用能量方法,研究频率和循环应力比对孔隙水压力与损耗能关系的影响,并对不同条件下土体的崩塌能进行对比分析。研究结果表明:在主应力轴旋转条件下,原状软黏土存在一个门槛循环应力比,当循环应力比小于该值时,应变只在较小范围内发展,土体模量呈"急剧—平稳"的衰减规律;当循环应力比大于该值时,应变曲线会因土体达到结构崩塌而出现1个激增点,此时土体模量呈"急剧—平稳—急剧"的衰减规律,并且频率越低或循环应力比越大,应变发展及模量衰减速度越快,达到结构崩塌所需要的循环次数越少。频率和循环应力比对原状软黏土的孔压与损耗能关系及崩塌能均有影响,且频率越低或循环应力比越大,孔压随损耗能发展越快,结构崩塌时的崩塌能也越小。频率和循环应力比是通过改变损耗能中两部分能量所占的比例来实现对孔压与损耗能关系及崩塌能的影响。     

复合式水中兵器战斗部设想

为了适应现代海战的发展,有效毁伤具有坚固防护结构和抗爆炸冲击能力强的舰艇,必须提高水中兵器战斗部的破坏威力。针对现代舰艇双层壳体和网格式密封舱的特点,本文提出了一种复合式水中兵器战斗部的设想,给出了该战斗部的结构及作用原理,该战斗部采用聚能装药和随进战斗部相结合的方式两次作用目标,极大地提高了它的作战效能,并从理论上分析了实现该战斗部的关键要素。     

一类新弱化缓冲算子的构造

在灰色系统缓冲算子公理体系下,构造了1类新弱化缓冲算子,并将其与刘氏弱化缓冲算子进行比较,研究了2类新弱化缓冲算子弱化能力的差异特性,,从而大大地拓广了弱化缓冲算子的应用范围。对序列前一部分增长(衰减)速度过快,而后一部分增长(衰减)速度过慢的冲击扰动系统数据序列在建模预测过程中常常出现的定量预测结果与定性分析结论不符的问题,提供了多种解决方案。