长杆弹侵彻半无限靶板流体动力学理论

 针对长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板,基于侵彻流体动力学理论,研究结果和理论分析成果,从最简单的Bernoulli 方程出发,逐步推导、分析和讨论长杆弹垂直侵彻半无限金属靶板的相关理论。根据实验观察结果结合理论分析、数值仿真讨论了HTP模型的内涵、适用范围和局限性,给出了HTP 模型的基本假设;考虑靶板强度的影响,进而分析AR 模型的相关应用与内涵,并在此基础上讨论了弹体强度的影响,提出了改进的AR 模型,该模型是AR 模型向AT 模型过渡的一个模型,并讨论了该模型的适用性;结合数值研究和现有实验结果,分析了侵彻过程中弹体的速度特征,最后,分析了AT 模型的推导过程、内涵以及相关应用。HTP 模型是建立在9 个基本假设的前提下成立的,本文主要针对后两个假设,逐步释放其限制,从而逐步接近实际情况。     

刚性弹侵彻混凝土的内摩擦模型分析

为了建立反映侵彻近区材料变形与破坏特性的侵彻深度工程计算模型,基于地质类材料侵彻近区局部变形与破坏特点,在破碎区考虑介质的可压缩性和不可逆变形,在弹性区和裂纹区采用不可压缩介质描述。基于空腔膨胀理论构建了破碎区的运动学关系,利用裂纹失稳扩展的极值条件建立了混凝土侵彻阻抗的确定方法,得到了能够准确表征近区应变场与速度场的状态表达式,建立了锥形刚性弹对混凝土靶体的侵彻深度计算公式。通过算例计算,得到了不同工况下的计算结果且与试验结果吻合较好,验证了公式的正确性,说明所建模型可用于内摩擦型地质类材料的侵彻工程计算。     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

动能弹侵彻土壤混凝土复合介质的试验研究

采用火炮发射动能弹直接撞击土壤混凝土复合靶,通过观测试验后的弹靶状态,回放弹载加速度存储仪,获得弹丸在侵彻过程中的加速度曲线,分析了弹丸对土壤及混凝土复合介质的侵彻规律,该研究结果可为反深层坚固目标战斗及引信设计提供依据。     

低硬度聚脲/钢板复合结构抗高速破片侵彻机理试验

针对低硬度聚脲/钢板复合结构的抗破片高速侵彻机理问题,通过弹道试验,分析了复合结构靶板的侵彻破坏模式和抗弹性能,并与相同面密度的纯钢板进行了比较.从应力波的角度进一步探讨了复合结构靶板的抗弹机理,以及前聚脲层对后钢板层的影响机制.结果表明,破片高速侵彻下,前聚脲层主要呈现剪切冲塞的破坏模式;而后钢板层的侵彻破坏模式则由无前聚脲层时的剪切冲塞,逐渐转变为花瓣开裂.相同面密度情形下,虽然复合结构靶板的整体抗弹性能不如纯钢板,但由于前聚脲层的影响,后钢板层的抗弹效率会得到大幅提升;随前聚脲层/后钢板层面密度比值增大,复合结构靶板整体抗弹性能不是一直降低,而是先降低后提高,且后钢板层是主要耗能构件.     

两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶研究

采用海37 mm弹道炮发射次口径钨合金和钨纤维增强非晶复合长杆弹进行了高速侵彻装甲钢靶试验,并借助三维非线性动力有限元程序ANSYS LS-DYNA对1.0~2.6 km/s速度条件下两种长杆弹侵彻半无限厚装甲钢靶问题进行了数值模拟,分析了弹体材料和速度对其侵彻性能的影响,并对其毁伤机理进行了初步分析.实验与数值计算结果均表明钨纤维增强非晶复合长杆弹的侵彻性能优于钨合金长杆弹;实验侵彻过程中,钨纤维增强非晶复合长杆弹产生了自锐现象,而钨合金长杆弹则是形成了蘑菇头;数值模拟结果表明两种长杆弹的破坏模式随入射弹速的变化而变化.     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论分析

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的Mo-hr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用A-T模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.     

截锥形动能弹低速侵彻装甲靶过载研究

 基于空穴膨胀理论,建立了截锥形动能弹低速侵彻靶板过载计算模型,获得了着速、弹头锥度及靶板材料强度等因素对过载的影响特性。计算结果表明,在截锥形动能弹低速侵彻条件下,着速对侵彻过载影响显著,但对过载作用时间影响不大;弹头锥度和靶板材料强度对侵彻过载及过载作用时间有重要影响,侵彻过载和作用时间随弹头锥度及靶板材料强度减小而降低。最后,通过实验验证了计算结果的正确性。     

平头弹低速侵彻黏土的数值模拟研究

为研究平头弹低速侵彻黏土规律,采用ANASYS AUTODYN程序对不同横截面积的弹体在不同初速度下侵彻黏土进行了数值模拟。侵彻深度和弹道的形状与试验结果吻合。对平头弹侵彻深度的分析结果表明:对同一型号弹体,最终侵彻深度与弹体初速呈线性关系,即侵彻深度随弹体初速增加而线性递增。在相同的侵彻初速度下,弹体直径每增加一倍,引起侵彻深度增量基本相同。     

三角形截面长杆弹垂直侵彻半无限靶的成坑分析

为研究三角形截面弹体在垂直侵彻半无限靶时的成坑特性,通过分析三角形截面弹体头部接触面上的横向力,得到弹体头部碎渣颗粒的运动状态。根据侵彻速度关系式推断弹体瞬时速度对弹坑截面形状及大小的影响规律。采用ANSYS-DYNA有限元软件对不同速度的三角形截面弹体垂直侵彻半无限靶全过程进行数值模拟,并进行实验验证。仿真结果与实验结果一致。结果显示,三角形截面弹体在撞击平面上的质点横向应力分布不均匀,3个角方向上的力最大,边长中点位置处最小,总体呈U形分布。弹体瞬时速度逐渐减小,弹坑形状由近似规则圆形逐渐变为近似三角形的3瓣圆弧,且其截面积不断减小。在1 400～1 800 m/s的速度范围内进行了长杆弹撞击实验。速度为1 790 m/s时,弹坑在靶板表面的直径和深度分别为40 mm和7 mm,弹坑形状近似圆形。速度为1 510 m/s时,弹坑在靶板表面的直径和深度分别为38 mm和5 mm,弹坑截面表现为圆弧三角形。     

活性破片对钢板侵彻性能的实验研究

进行了弹道枪发射实验,研究了活性破片对钢板侵彻性能和毁伤效应。测量破片穿透不同厚度钢板的临界速度,采用高速摄影仪观察破片侵彻钢板过程和反应现象。实验结果表明,活性破片在497~1374 m/s速度范围内,撞击钢板时发生了反应,并伴随有强烈的燃烧、爆炸现象。在战斗部设计关心的1 500~2 200 m/s范围内,活性破片对典型的6 mm厚等效钢板具有足够的侵彻能力;且穿孔直径大于惰性钢破片。聚合物基体材料的强度低和撞靶反应是造成活性破片侵彻穿甲能力弱于钢破片的主要原因。活性材料强度和密度相对钢靶较低,导致撞击靶板过程中发生较大的镦粗变形以及侵靶过程中反应对靶孔产生径向膨胀效应使穿孔孔径增加。     

一种用于评价和计算杀伤威力的数学模型

建立了一种预制破片战斗部对地面目标杀伤作用场参数的计算模型.运用空间坐标系变换实现了各坐标系参数的变换;推导了在弹体坐标系下战斗部任何一处破片着地的特征参数,利用破片能量和密度准则确定了对地目标杀伤的区域形状和面积.本模型可用于战斗部方案论证中的方案选择及其产品的杀伤威力计算和评价。     

高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究

为改进和提高穿甲弹的侵彻性能，给弹丸设计过程中的参数优化提供理论依据，利用非线性动力有限元分析程序，对高速弹丸侵彻均质靶板进行了数值模拟。通过对弹丸侵彻靶板各种影响因素的数值模拟以及对计算结果的分析表明，弹丸对靶板的侵彻能力不是取决于它的整体功能，而是当靶板参数和弹材固定时，可用弹丸初始横截面积比动能来标志，数值模拟结果与现有的经验公式符合很好。     

卵形弹体斜侵彻金属薄板花瓣型穿孔模型研究

针对卵形弹体斜侵彻金属薄板的问题,推导了裂纹扩展应变能、花瓣动能和花瓣弯曲应变能的表达式,基于能量守恒原理建立了预测弹体剩余速度的理论模型,并讨论了其适用范围.经初步验证,本文花瓣型穿孔模型的预测结果优于德马尔和贝尔金经验公式,在弹体变形可以忽略时,能够较好地给出垂直撞靶或倾角不大时弹体的剩余速度.     

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。     

伴有瞬时不可逆反应的渗透模型的数值解

为了解决液相伴有瞬时不可逆反应传质过程没有精确的解析解的问题,提出了对其增强因数的数值解法,该方法可以精确解出扩散系数比r＞0.05、计量浓度比S＞1条件下任意r和S组合的增强因数值;将近似表达式中r的两个常数指数分别用两个S的函数f(S)和g(S)表示,并将它们分别表示为关于S的六参数函数;用Maquart法对f(S)和g(S)中的12个参数进行拟合,拟合方程的计算结果与数值精确解之间的最大相对误差小于0.5%.     

包覆式爆炸成型复合侵彻体成型与侵彻过程的数值模拟

针对典型包覆式爆炸成型复合侵彻体装药结构,采用AUTODYN-2D建立了相应的仿真模型,计算分析了爆炸成型复合侵彻体的成型与侵彻过程. 数值模拟结果表明：复合侵彻体成型过程包括压合、拉伸、断裂3个阶段,侵彻过程包括前驱侵彻体开孔和主侵彻体扩孔两个阶段. 通过对比分析成型与侵彻过程包覆物复合侵彻体作用机理的可行性.     

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.     

软岩的旋转触探诸参数间的内在关系

为经济快速合理地确定不同地层的旋转触探运行参数,及进一步研究通过触探诸参数确定岩石力学参数的方法,必须明确旋转触探软岩样时探头上的负荷、扭矩与探头的转速、钻进速度之间的内在关系.在理论研究分析的基础上,用角片式探头在笔者研制的"旋进式触探机"上系统地进行砌块的旋转触探试验,且结合已报道的对石灰岩和砂岩用PDC钻头在室内进行的钻进试验数据分析验证了触探岩土体时探头上的负荷、扭矩和其钻进参数间内在关系的正确性.得到了以下结论:当探头的转速不变,则扭矩和负荷与钻进速度呈线性关系;当探头的钻进速度不变时,负荷和扭矩与转速呈-1次曲线关系;当探头的钻进速度和转速不变时,扭矩与负荷间呈线性变化关系:当探头上的扭矩与负荷不变时,转速与钻进速度呈正比关系.