圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的弹道极限模型

分析了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的过程,基于能量守恒定律分别对圆柱形破片侵彻面板、复合材料夹层和背板三个阶段中消耗的能量进行了理论推导,建立了圆柱形破片侵彻纤维增强复合材料三明治板的计算模型,并得到了剩余速度的计算公式,令剩余速度等于零,即可得到弹道极限。将计算模型得出的结果与试验结果进行了对比,验证了计算模型的可行性与有效性。该计算模型可以为钢/纤维增强复合材料/钢复合装甲结构的抗侵彻设计提供指导。     

纤维增强复合材料三明治板破片穿甲数值仿真

研究破片对（由钢板、纤维增强复合材料板及钢板叠合而成）纤维增强复合材料三明治板穿甲过程中能量转化规律。进行破片模拟弹丸(FSP)对不同结构三明治板高速穿甲数值仿真,获得FSP破片对16种三明治板的弹道极限,并与实验结果对比验证数值仿真的可信度。通过分析数值仿真结果,进一步研究破片临界贯穿条件下纤维增强复合材料三明治板各组成部分吸能比率与结构尺寸相关性。结果表明,不同厚度夹层板的吸能比率恒定(芳纶纤维10.41%,玻璃纤维2.68%),夹层板内能随厚度的增加呈二次函数增加。由此获得破片对纤维增强复合材料三明治板弹道极限速度计算方法。     

Kevlar-129纤维复合材料抗侵彻性能数值模拟

采用AUTODYN有限元软件,数值模拟了不同初速度下FSP破片对10 mm厚Kevlar-129纤维复合靶板的侵彻过程,获取了不同初速度下破片侵彻靶板后的剩余速度,计算了芳纶复合靶板的弹道极限,并将该值与弹道测试试验数据进行了对比.此外,研究了破片侵彻纤维复合靶板深度与破片初速度的关系.结果显示,Kevlar-129纤维复合材料弹道极限的数值模拟值与弹道实验测试值相吻合;破片初速度小于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而减小;破片初速度大于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而增大;破片初速度小于靶板的弹道极限时,破片侵彻靶板的深度随着破片初速度的增长呈二次函数增长.     

某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片侵彻能力研究

陶瓷/金属复合结构装甲具有质量轻、抗弹性能优异的特点,广泛应用于各类轻质装甲中。为得到某陶瓷/钢复合装甲抗大质量破片的侵彻能力,在与已有试验结果对比验证的基础上,运用ANSYS/LS-DYNA软件对大质量破片侵彻该陶瓷/钢复合装甲过程进行数值模拟,分析破片初速、装甲倾角对破片极限穿透速度和后效威力的影响,以及侵彻过程中破片能量变化,获得了该复合装甲的抗侵彻规律,并利用工程算法计算得到装甲防护系数。结果表明：随着装甲倾角的增加,破片极限穿透速度先减小后增大,剩余速度和剩余质量先增大后减小,装甲存在一个“最易侵彻角”;随着破片初速的增加,破片剩余速度呈线性递增,剩余质量呈线性递减;通过工程算法得到该装甲面密度为普通装甲钢的74%,对破片的防护系数达到1.5。     

抗破片侵彻钢/芳纶纤维叠层复合结构优化设计方法

针对抗破片侵彻用新型钢/芳纶纤维叠层复合结构优化设计,基于4 mm钢板+12 mm芳纶纤维叠层复合结构、5 mm钢板+10 mm芳纶纤维叠层复合结构抗7.5 g FSP型破片弹道极限速度试验分析,进行了同工况下破片侵彻叠层复合结构的数值仿真计算;在验证数值仿真模型基础上,开展了7.5 g与10.0 g破片对4 mm、5 mm钢板叠加6~16mm芳纶纤维板组合成复合结构侵彻数值仿真,获得了相应的弹道极限速度;根据试验现象和数值仿真结果进行了钢/芳纶纤维叠层复合结构抗破片侵彻机理分析;根据此类复合结构的防护特点,以结构最小面密度为目标函数,建立了适用一定破片质量和撞击速度范围的结构参数优化设计模型;采用所提方法进行了抗撞击速度为1100 m/s的10.0 g破片侵彻的钢/芳纶纤维复合结构实例设计,通过试验验证了优化设计方法的合理性和实用性。     

纤维增强复合材料三明治板的破片穿甲实验

研究了钢板-纤维增强复合材料板-钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸(FSP)高速撞击不同结构三明治板实验, 获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限, 分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明, 叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8.31%和16.09%, 8 mm面板+8 mm夹层+6 mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4 mm面板+8 mm夹层+10 mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37.72%和25.35%; 芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增, 夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素; 同面密度下, 厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。     

Armor-piercing experiment on fragment against sandwich plate with fiber reinforced composite cores

研究了钢板一纤维增强复合材料板一钢板构成的三明治结构对破片的防护性能。通过破片模拟弹丸（FSP）高速撞击不同结构三明治板实验,获得FSP弹丸贯穿16种三明治板的弹道极限,分析结构特征对纤维增强复合材料三明治板比吸收能的影响。结果表明,叠层芳纶、玻纤基三明治板较单层结构三明治板比吸收能分别提高了8．31％和16．09％,8mm面板＋8mm夹层＋6mm背板芳纶、玻纤基三明治板较4mm面板＋8mm夹层＋10mm背板的芳纶、玻纤基三明治板比吸收能分别提高了37．72％和25．35％;芳纶、玻纤基三明治板的比吸收能均随复合材料夹层厚度的增加呈指数递增,夹层基板的抗拉性能是影响三明治板比吸收能的重要因素;同面密度下,厚面板、薄背板及多层叠合夹层结构的三明治板具有更高的比吸收能。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究，采用MSC．Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析，并将分析结果与实验结果进行了比较．分析结果表明，破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段．有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性，在靶板破口的正面，与弹体平面凸缘两端接触的部分，变形以剪切为主，而与切削面接触的部分，以挤压变形为主；靶板破口背面为剪切冲塞破坏；有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好，弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化．有限元分析结果还表明，采用适当的模型，有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式．     

三维编织复合材料弹道侵彻准细观层次有限元计算

三维编织复合材料相比于层合复合材料有较高的层间剪切强度和断裂韧性,因而具有更高的冲击损伤容限。用钢芯弹对三维编织复合材料作弹道贯穿测试,得到弹体的入射速度和剩余速度,并考察侵彻破坏模式。目前对三维编织复合材料弹道侵彻性能计算主要建立在连续介质假设上,从真实细观结构计算三维编织复合材料弹道冲击性能尚有一定难度,用三维结构复合材料的纤维倾斜模型在准细观结构层次上分解三维编织复合材料,就其中的一块倾斜单向板作弹道侵彻有限元计算,由弹体动能损失得到贯穿整个复合材料靶体后弹体的剩余速度。有限元计算及与弹道测试结果的比较证明在准细观层次上计算三维编织复合材料弹道冲击性能的有效性。      

低合金船用结构钢抗高速破片能力研究EI

利用14.7mm口径滑膛弹道枪试验研究10g高速破片模拟弹侵彻不同厚度的低合金船用结构钢。根据弹道试验得到的剩余速度、单位面密度吸能值,分析得到钢板的单位面密度吸能量S、高速破片剩余速度vr与初始速度v0、厚度h的计算关系式。经试验验证,证明经验公式的预测结果与弹道试验结果有较好的吻合。     

钨、铀合金破片侵彻性能对比数值研究

为研究不同形状钨破片和铀破片的侵彻性能的优劣,在有关试验的基础上通过AUTODYN软件开展了3组Ф7mm钨球侵彻Q235钢板的验证性仿真模拟,模拟结果与实验结果均吻合,由此验证了仿真方法和相关参数的正确性;分别开展了3种不同形状钨、铀合金破片在不同着靶姿态下侵彻10mm厚Q235钢靶的数值仿真.结果表明:在形状和初速均相同的条件下无论以何种姿态着靶,铀破片的侵彻能力都要强于钨破片;无论钨破片还是铀破片,棱角着靶姿态和棱边着靶姿态的立方体破片侵彻能力最佳,圆柱形水平姿态和面着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差.     

高速破片穿透船用钢靶剩余特性研究

着重讨论了高速(800m/s~1800m/s)柱形(或立方体形)钢破片(质量3.3g~60g)对不同厚度的某型船体钢靶(4mm~10mm)的穿透特性和剩余速度问题;首先给出穿透过程的分析模型,认为钢破片对船体钢靶的穿透能主要包括:弹、靶挤压塑性变形能和环向剪切塑性变形能;以能量分析和德.马尔模型为基础,给出了相应的半经验公式;在32组有效穿透实验测试数据的基础上,对相关系数进行数值拟合及动态修正;通过计算结果和试验测试结果的对比,得到的半经验公式能较好描述高速破片穿透船体钢板后的剩余速度。     

破片和冲击波对相控阵雷达天线罩的复合毁伤研究

研究相控阵雷达天线罩在破片与冲击波联合作用下的复合毁伤效应规律。利用非线性显式动力学程序AUTODYN,建立了密度为100个/m2的钨破片侵彻相控阵雷达天线罩等效靶板的有限元模型,并在模型中采用Analytical blast方法模拟爆炸冲击波对目标结构的球面加载方式。考察了破片先于冲击波到达目标结构对天线罩等效靶板的复合毁伤,分别对靶板的破片侵彻和预先打孔的两种不同毁伤方式进行仿真计算,并与试验结果进行了比较。结果表明:数值模拟中单个破片侵彻靶板的穿孔口径与比试验值大2 mm;数值模拟中复合毁伤时破片侵彻比预制孔靶板的有效应变大0.175,天线罩整体毁伤程度更为显著,接近试验结果。该模型为破片和冲击波联合作用下对目标结构的复合毁伤仿真计算研究提供了一种新方法。     

球形破片侵彻明胶的瞬时空腔简化模型

对破片侵彻明胶形成的瞬时空腔现象进行了研究,基于LS-DYNA软件建立了球形破片侵彻明胶的二维轴对称模型,结合相关试验结果验证了仿真结果的正确性,进而对不同破片直径和着靶速度侵彻有限厚明胶靶后的速度衰减和瞬时空腔尺寸的规律作了分析和讨论。利用遗传算法对不同工况的仿真数据进行拟合,得到了计算瞬时空腔的简化数学模型,通过与更多仿真结果的比对,验证了模型的有效性。该简化模型可用于快速计算球形破片侵彻生物靶标造成的损伤区域,对提高人员目标毁伤评估和易损性分析的效率有实际意义。     

高速钝头弹侵彻中厚金属靶板的机理研究

根据侵彻过程中的不同受力状态,将高速钝头弹对中厚金属靶板的侵彻过程划分为简单压缩阶段、压缩剪切阶段和绝热剪切阶段,每个侵彻阶段都呈现出不同的吸能模式。基于三阶段侵彻机理,建立了钝头弹侵彻中厚金属靶板的弹道极限和剩余速度计算模型;利用侵彻模型计算了3.3g立方体和9.7g圆柱体侵彻4mm、6mm和10mm船用钢的剩余速度,计算值与试验值有较好的吻合。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的发热、发光等现象的吸能,并对金属靶板的抗弹能力和钝头弹的侵彻能力进行了预测,可以降低试验成本,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

破片着靶点位置对拼接的UHMWPE板抗侵彻性能影响数值研究

UHMWPE板抗侵彻性能优异但在实际使用过程中需切割成一定尺寸后再拼接安装,半穿甲导弹内爆后形成的高速破片侵彻UHMWPE板时弹着点位置具有随机性。利用数值仿真方法研究破片着靶点位置、破片速度、破片长径比对拼接的UHMWPE板抗侵彻性能的影响。结果表明:破片开始侵彻UHMWPE板时,UHMWPE板在弯矩和剪应力共同作用下出现纤维剪切破坏;随着破片继续侵彻,UHMWPE板主要受到弯矩作用发生纤维拉伸断裂破坏并伴随有严重的分层现象;当破片侵彻两块拼接的UHMWPE板速度较低(小于1 000 m/s)时,拼接的UHMWPE板存在明显的抗弹薄弱区,薄弱区域的范围大约为3倍的弹径;当破片侵彻四块拼接板时,可将靶板划分为薄弱,次薄弱及正常区域。考虑到半穿甲导弹产生破片的大小和安装工艺的方便性,认为UHMWPE板拼接安装时,拼接缝两侧10 cm范围内作为抗弹薄弱区域,需要加固。     

爆炸产生破片对陶瓷/纤维复合靶板的侵彻分析

采用Ansys/LS-DYNA程序,对平头柱形破片以706 m/s速度正入射陶瓷/纤维复合靶板的侵彻过程进行分析,得出了复合靶板的防护能力与陶瓷层、纤维层厚度的变化规律.通过弹靶撞击实验和模拟曲线分析.进一步优化了复合靶板的结构参数.     

动能环高速撞击下导弹靶板变形的动力学模型

针对舰载超近程反导拦截弹药的侵彻毁伤问题,依据弹塑性动力学和爆炸与冲击动力学理论,建立动能环垂直侵彻导弹靶标的极限穿透速度和剩余速度的动力学模型;依据有限元方法建立了其仿真模型并进行了仿真计算;设计并进行了动能环侵彻5mm厚4340钢板的靶场试验,理论计算、仿真和靶场试验三者相互验证,结果吻合较好,验证了理论模型的正确性。研究结果对于舰载超近程反导拦截弹药的优化设计和冲塞毁伤效应的计算具有重要参考作用。     

动能环高速撞击下导弹靶板变形的动力学模型

针对舰载超近程反导拦截弹药的侵彻毁伤问题,依据弹塑性动力学和爆炸与冲击动力学理论,建立动能环垂直侵彻导弹靶标的极限穿透速度和剩余速度的动力学模型;依据有限元方法建立了其仿真模型并进行了仿真计算;设计并进行了动能环侵彻5mm厚4340钢板的靶场试验,理论计算、仿真和靶场试验三者相互验证,结果吻合较好,验证了理论模型的正确性。研究结果对于舰载超近程反导拦截弹药的优化设计和冲塞毁伤效应的计算具有重要参考作用。     

内衬结构对活性破片高速驱动影响规律研究

为实现活性破片在高速驱动下的完整性,研究内衬结构对活性破片高速驱动的影响规律。根据能量守恒定律建立了考虑内衬伸长率的破片初速计算模型,选择2A12铝、20号钢与20号钢/芳纶复合结构三种内衬,基于物态方程分析了内衬与破片接触面上的界面压强,设计了2A12铝和20号钢/芳纶复合结构内衬战斗部方案,通过静爆试验对活性破片破碎情况及计算模型进行了验证。结果显示：20号钢伸长率较2A12铝提高了145.83%,20号钢/芳纶复合内衬战斗部较2A12铝内衬战斗部装填比降低了14%,破片初速提升了10.85%;所建立模型的计算结果与试验吻合较好,计算精度较现有模型提高了8%以上。基于试验结果和理论分析,表明20号钢/芳纶复合内衬实现了对活性破片2 300 m/s以上速度的爆炸完整驱动。