冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

爆炸粉末烧结微冲击波耗散沉能分析

用多层片组冲击动力模型研究了粉末材料爆炸压实过程中颗粒间碰撞引起的能量沉积和微冲击波的发生、耗散过程.为确定粉末材料在冲击压实过程中由微冲击波耗散而沉积的能量,基于热膨胀形式的固体物态方程,等压推广得到了固体材料的等熵卸载线和相应多孔材料的冲击Hugoniot线;计算并分析了冲击载荷作用下多层片组中微冲击波的产生与耗散规律.结果表明,多层片组在冲击载荷作用下由微冲击波耗散引起的温升是均匀的,以孔隙度为1.33的铜粉为例计算了此温升.     

破片对复合壳体装药冲击起爆判据的研究

为了研究破片对复合壳体装药的抗破片冲击起爆问题,在破片冲击起爆单层壳体的James临界能量判据的基础上,提出了多层复合壳体结构的冲击起爆临界能量判据。通过仿真对装药为B炸药、厚度为6~12 mm的不同壳体层进行了破片的冲击起爆研究,并将仿真结果与理论结果相比较,表明仿真结果和理论结果吻合较好。所提出的多层复合壳体装药冲击起爆临界判据具有较好的预测性,采用硬-软-硬的波阻抗匹配复合壳体结构能够显著提高带壳装药冲击起爆的临界速度。     

爆炸载荷冲击下假人下肢的材料参数识别和修正方法

为提高假人在爆炸载荷冲击下的模拟精度,以高速垂向冲击下假人下肢材料本构参数校验寻优为目标,基于爆炸载荷冲击波作用于车身结构产生的结构响应特性,确定模拟爆炸载荷冲击台架的冲击速度。设置不同的冲击速度进行假人下肢冲击实验,获取下肢的冲击力-时间曲线。对下肢的重要材料参数进行实验设计并获取仿真下肢胫骨力峰值,以仿真数据与实验数据误差最小化为目标进行下肢材料参数寻优。通过台架实验与有限元数值仿真校验对材料参数进行优化,得到下肢各组件之间材料本构模型参数的最佳匹配。结果表明：假人下肢模型材料参数优化后的仿真结果与实验结果一致性较好,可为高速垂向冲击下假人下肢材料模型修正提供技术支持。     

平面夹层炸药反射冲击起爆

长杆体撞击平面夹层炸药时，冲击波直接起爆的现象比较普遍，但如果撞击速度低于冲击起爆临界速度时，夹层炸药背板表面的反射波对起爆的影响也不可忽略，建立了平面夹层炸药反射冲击起焊模型，分析了杆体直径，盖板厚度以及炸药厚度与反射波冲击起爆炸药的关系，研究结果表明，反射波在速度低于事接冲击起爆临界值时具有明显的作用。     

模数对药柱热应力的影响

为获得药柱模数对发动机结构完整性的影响,针对某一典型火箭发动机常用的圆孔药柱和星孔药柱,建立温度冲击下的计算模型,基于推进剂材料的粘弹性本构关系,结合热流变简单材料的特性,对不同模数的圆孔药柱和星孔药柱受温度载荷的情况进行了数值计算,得到温度冲击载荷作用下药柱的实时温度场及应力、应变特性,分析了不同时刻药柱内不同位置处应力、应变特性,应力、应变随时间的变化规律及最大应力、应变随模数的变化关系.分析结果表明圆孔药柱和星孔药柱内的最大应力值都随模数呈指数形式增长,危险点分别在药柱内壁处和星尖圆弧过渡处,药柱内的应力变化速度均大于应变变化速度.     

某新型炸药冲击起爆试验与临界起爆特性研究

采用平面波发生器爆炸驱动不同厚度的飞片撞击带隔板装药,获得了某新型炸药与THAL,炸药的冲击波起爆临界隔板厚度.基于一维冲击波传播理论,建立了炸药临界起爆特性参数分析模型,并利用所测的两种炸药冲击波起爆临界隔板厚度,结合炸药及隔板材料的冲击Hugoniot参数测试结果,计算得到了两种炸药的冲击波临界起爆压力和起爆能量常数.     

等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

冲击载荷下延性材料的动态本构关系与动态断裂

基于Y/G及G/B为常数的假设,构建了7种高压与高应变率本构模型,采用所构建的7种本构模型对于高导无氧铜(OFHC)的平面冲击波试验进行了数值模拟。结果表明,平面冲击波载荷下OFHC的屈服强度对于压力、密度、温度以及塑性应变的依赖性是本构描述的关键。由Hopkinson试验取得的OFHC高应变率本构模型,并不适合描述平面冲击波载荷下的本构特性。采用层裂过程中的应力松弛方程,建立了一种基于空穴聚集的延性层裂模型,依赖于应力的层裂空隙度方程被耦合计及损伤的总体控制方程。数值模拟了多种材料的平面冲击致层裂试验。采用Hopkinson拉伸装置和一种基于一级气体炮的高速冲击拉伸断裂装置,研究了OFHC铜杆在一系列冲击拉伸速度下的断裂。一种受单轴冲击拉伸荷载的中心含椭球空穴的样本体积单元用于数值模拟空穴的增长与失稳,以空穴形状演化为判据,比较了空穴失稳时的单元平均径向应变与无凹槽杆的冲击断裂应变。     

电磁发射用电抗器温度场影响因素研究

为研究电容储能脉冲电抗器在连续脉冲载荷作用下不同因素对温度场的影响程度,根据脉冲电抗器结构特点,建立脉冲电抗器温度场传热模型;分析了连续脉冲热载荷加载条件下,不同散热方式、散热条件及脉冲载荷加载时间间隔等因素对电抗器最高温度及温度场分布的影响。数值仿真结果表明,脉冲热载荷加载时间间隔是影响电抗器最高温度的主要因素;在脉冲电抗器散热过程中,端面散热为主要散热方式。     

爆炸成型弹丸成型过程中的断裂数值模拟及机理分析

为研究爆炸成型弹丸(EFP)轴向断裂机理,采用有限元分析软件LS-DYNA,引入Johnson-Cook失效模型及自适应算法,对典型EFP装药结构不同外曲率球缺形药型罩OFHC铜EFP成型过程中的断裂进行数值模拟,并通过实验进行验证。采用应力波理论分析了长杆形EFP轴向断裂机理并确定了速度梯度断裂临界值。研究结果表明:基于Johnson-Cook失效模型及自适应算法,采用LS-DYNA软件可较好地模拟EFP成型过程中的断裂现象;对于特定EFP装药结构的球缺形药型罩,存在药型罩曲率临界值使长杆形EFP发生轴向断裂;应力波理论计算所得速度临界值(60~83 m/s)与数值模拟所得EFP速度梯度断裂临界值(76 m/s)吻合较好。该研究结果对OFHC铜EFP的设计具有参考意义,理论分析方法可应用于确定长杆形EFP的速度梯度断裂临界值,并为新材料在EFP药型罩中的应用提供参考。     

长杆体正撞击平面夹层装药引发爆轰的条件

在分析平头圆柱长杆体撞击平面夹层装药特点的基础上，对长杆体冲击起爆夹层装药的临界起爆速度进行推导,推导出与杆体速度、密度、直径、面板厚度、材料参数以及炸药敏感性等弹道综合因素有关的临界起爆条件。针对不同直径的平头圆柱侵彻体撞击不同厚度的面板进行试验研究，以期获得有关冲击起爆临界速度的试验值，进一步验证文中所建立的冲击起爆模型的正确性。     

钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标临界跳飞角计算模型

针对钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标的跳飞问题,通过简化目标和分析变量构造弹目交汇物理模型,采用LS-DYNA3D显式动力学软件建立有限元仿真模型并进行校验,开展长杆弹以着速1 000~2 200 m/s、命中偏移角0°~40°多工况撞击厚壁柱形目标的仿真计算,得到不同着靶条件下长杆弹的临界跳飞角β_c。通过对着速v、命中偏移角γ对临界跳飞角β_c的影响进行量化分析,经数据拟合获取修正因子,建立基于Rosenberg临界跳飞角β_c的修正计算模型。与数值模拟结果对比结果表明,该模型对确定钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标跳飞边界具有较好的适用性。     

长杆弹垂直侵彻有限厚靶攻角对弹道极限速度影响的研究

研究了长杆弹垂直侵彻有限厚靶时，着靶攻角对侵彻行为和终点效应的影响。定理分析了不同着速、长径比和弹材密度情况下，攻角对弹道极限速度的影响规律。并就某模拟弹等进行了理论计算和实验验证，结果令人满意。用本文建立的模型还可计算弹丸穿透靶板后的剩余速度，剩余弹长，剩余质量和塞块的厚度等。     

圆管与圆杆组合体对半无限均质钢靶侵御深度研究

依据圆管、圆杆初始撞击动能与弹坑体积之比相等的假设，建立了同材料圆管与圆杆对半无限均质靶板侵彻深度之比的简化理论模型。推导出圆管与圆杆的侵彻深度之比是两者的长度比、初始撞击速度比、坑径比和圆管内外径比的函数。在同一初始撞击速度、相同长度、圆杆直径不大于圆管内径条件下，对影响圆管和同长度同材料圆管与圆杆组成的圆管一圆杆异型侵彻体侵彻深度的参量进行了讨论，并给出圆管与圆杆侵彻深度之比的变化范围。圆管与圆杆侵彻深度之比在同材料同长度下理论计算值与实验数据有很好的一致性。所有这些都为伸缩式、大长径比新型动能穿甲弹结构设计提供了理论基础。     

仿真预测泡沫铝弹道极限和弹丸侵彻冲击力

为考察泡沫铝在弹道冲击下的临界破坏,应用数值仿真方法分析预测平头弹侵彻泡沫铝的弹道极限速度以及弹丸冲击力大小.泡沫铝采用 LS-DYNA的 Mat26模型,输入参数基于材料力学测试,解算过程应用抑制"负体积"算法.对于研究设定的泡沫铝,其弹道极限速度为 59.7 m/s.研究结果表明:在侵彻初始阶段,平头弹冲击力最大;中后段冲击力均匀变小.侵彻初始泡沫铝破坏以压剪为主;侵彻后段当冲塞体被压实到一定程度,破坏以拉伸断裂为主.该研究有助于优化试验设计和理论分析.     

分段杆弹的梯度化设计

为充分发挥出分段杆弹侵彻效能，利用LS-DYNA软件拉格朗日算法对钨合金长杆弹侵彻装甲钢进行数值模拟，得到长杆侵彻的典型物理图像和重要物理量的时程曲线，与实验和理论结果进行对比，验证有限元模型的有效性。构造了各段长度梯度分布的和各段直径梯度分布的两类分段杆，对比研究了其侵彻效能。研究结果表明：分段杆弹体总有效长度一定时，各段长度均匀相等时分段杆的侵彻能力最大；各段直径梯度分布的分段杆弹比各段长度梯度分布的分段杆侵彻深度大。     

亚半球罩形成杆式射流正交设计的数值分析

为研究亚半球罩形成杆式射流的成型因素,利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对其成型过程进行数值模拟.分析亚半球罩外曲率半径、罩高、壁厚和装药长径比4种因素对杆式射流头部速度以及头尾速度差的影响规律,在此基础上对4种因素影响杆式射流的头部速度和头尾速度差的主次关系进行正交设计研究,并通过数据处理得到4种因素各水平的最优组合.研究结果表明:随着装药长径比、亚半球罩外曲率半径、罩高的增大以及亚半球罩壁厚的减小,杆式射流的头部速度和头尾速度差增大;装药长径比是影响头部速度的主要因素,外曲率半径对头部速度影响最小;罩高是影响头尾速度差的主要因素,外曲率半径和壁厚对头尾速度差影响较小.该研究可为杆式射流结构优化提供参考价值.     

步枪弹高速冲击下防弹头盔功能梯度泡沫内衬的防护性能

为开发能够抵御步枪弹的新型防弹头盔,研究功能梯度泡沫内衬在防弹头盔中的防护作用,通过材料压缩试验获得30 kg/m³、45 kg/m³和60 kg/m³ 3种不同密度发泡聚丙烯泡沫的力学性能,开展枪弹高速冲击功能梯度泡沫内衬防护下的假人颅脑试验并进行仿真研究。利用人颅脑试验和数值模拟计算,分析均质泡沫、正负梯度、凹凸梯度组合防护下的颅脑生物力学响应,以及泡沫局部和整体的能量吸收。结果表明：分层泡沫的能量吸收主要集中在靠近头部的支撑层,占泡沫吸收总能量的62.33%;平均密度相同时,梯度结构相较均质结构防护效果更显著,且负梯度优于正梯度;凸梯度结构在降低整体质量的同时,较其他梯度结构至少增加19.57%的能量吸收。     

Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观机制

为阐明含能结构材料冲击反应机理,开展以Al/Ni粉末复合材料为代表的含能结构材料冲击反应细观模拟研究。基于Al/Ni粉末复合材料的扫描电镜照片建立细观有限元模型,并结合Mie-Grüneisen状态方程描述Al/Ni粉末复合材料冲击压缩行为。在此基础上,基于反应扩散模型建立考虑多组分固相反应的Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观模型,分析细观尺度上物质输运过程、冲击反应演化规律及冲击波传播特性。研究结果表明：Al/Ni粉末复合材料在冲击压缩速度(即粒子速度)为400 m/s时仅发生了微弱的化学反应,且化学反应程度随着冲击压缩速度的增大的加剧;化学反应最初发生于Al-Ni界面处,然后垂直于界面发展;冲击反应将引起材料冲击温度和压力的增高,同时对冲击波的传播起到强化作用。