带壳炸药穿而不爆数值模拟与分析

基于采用低密度射流侵彻带壳炸药,使其穿而不爆,从而为后级主射流侵彻主目标清除障碍的设想,提出了用低密度材料作为成型装药药型罩材料.利用有限元AUTODYN-2D程序对该药型罩形成聚能射流进行了数值模拟,并对射流侵彻不同面板、背板以及夹层炸药厚度的带壳炸药时,夹层炸药是否起爆进行了对比分析,得到了不同面板、背板以及夹层炸药厚度下夹层炸药的峰值压力曲线和反应度曲线.结果表明:该低密度药型罩能够形成聚能射流,对于特定的带壳炸药,当面板、背板厚度小于2mm,夹层炸药厚度小于3.5mm时,射流侵彻带壳炸药能够实现穿而不爆;夹层炸药穿而不爆的压力阈值为7.09GPa,冲击起爆的压力阈值为8.02GPa;炸药压力对时间的积累效应以及炸药受压缩程度将会影响夹层炸药是否被射流冲击起爆.     

逆序起爆下大锥角罩形成聚能射流的分析

为了分析在逆序起爆方式下,炸药装药量对大锥角药型罩形成聚能射流的影响。利用LS-DYNA有限元分析软件,分别对装药长径比为0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D 5种装药结构进行计算及分析。研究表明:大锥角药型罩在逆序起爆结构下可以获得高速细长的射流;并且增加装药量对聚能射流的速度以及成型没有太大影响;在0.4倍口径装药结构下,仍然能够获得高速细长大炸高的聚能射流。     

起爆方式对聚能射流影响的数值仿真研究

应用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,采用ALE算法对在同种装药结构条件下的药型罩顶部单点起爆、顶面双环线起爆、装药面轴向外壁中心单环线起爆、三环线起爆后形成的聚能射流分别进行了数值模拟。计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响,不同起爆方式在装药中形成不同的爆轰波形,药型罩顶部双环线起爆比单点起爆后形成的射流头部速度提高11.6%;装药面轴向外壁线起爆比药型罩顶部任何方式起爆后形成的聚能射流头部速度都低,装药面轴向外壁三环线起爆比药型罩顶部双环线起爆后形成的射流头部速度降低18%;同时进行了验证实验,仿真结果与实验结果吻合。     

药型罩和药柱不对称对线型聚能射流侵彻性能的影响

针对线型聚能装药制造过程中常见的药型罩和药柱不同轴情况,采用侵彻试验,结合有限元软件对非对称线型聚能装药射流的形成和侵彻进行了三维数值模拟。研究结果显示对于此结构和尺寸的线型聚能装药,当药型罩轴线与装药轴线偏移距离为1mm时,侵彻宽度增加了12%,侵彻深度相比对称情况降低了约58%。当药型罩与聚能装药的偏离距离为1mm,且同时存在5°的夹角时,射流侵彻形成三个主体切槽,开坑宽度为17.4mm,侵彻深度比对称情况降低了74%。随着药型罩和装药不对称程度的增加,射流在靶板上的侵彻宽度以及侵彻中心偏移装药轴线的距离增加,穿深降低。     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比：RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明：射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa 之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25~111 ℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111~150 ℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

隔板对聚能射流性能影响的数值模拟

为研究隔板对聚能装药中爆轰波形和射流形成的影响,应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对某带隔板聚能装药射流的形成过程进行了三维数值模拟,并与试验结果进行了比较。计算结果表明,隔板可将球面爆轰波形转变为凹锥形爆轰波,使爆轰波相对于药型罩母线的入射角减小;当隔板厚度不变,存在着最佳隔板直径,小于最佳直径时射流头部速度随隔板直径的增加而增加,反之则会降低;双截锥形隔板可使爆轰波与罩母线的夹角减小到12°,射流头部速度比无隔板时提高了约18%。     

环形向内切割聚能装药射流成型性能研究

为了研究环形向内切割聚能装药射流成型过程的特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA程序进行了聚能装药的三维数值模拟,获得了不同起爆方式下典型时刻(4,10,22,25,26,44μs)射流的成型图片、射流速度梯度分布曲线和射流最大速度时程曲线。结果表明,起爆点数量及其同步性对环形聚能装药的射流成型性能有较大的影响。整圆2点、4点和8点对称同步起爆时,射流形状分别为"内跑道状外椭圆形"、"内外均近似正方形"和"内车轮状外近似八边形",射流的成型性能随着起爆点数量的增加逐渐变好,最终接近于圆环形。整圆2点、4点以及8点对称同步起爆时,起爆点断面处的射流速度随时间变化规律基本一致,且射流最大速度出现的时刻都是10μs。射流头部在环形对称轴处会发生二次碰撞现象,显著改变了新形成的射流方向,使其沿着圆环的轴线方向运动。起爆方式不同,出现二次碰撞的时刻也不同,随着起爆点数量的增加,射流头部再次碰撞的时间逐渐从43μs提前至36μs。     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比:RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明:射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25111℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111150℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

关于起爆点的位置对聚能射流的影响研究

采用LS-DYNA3D对聚能战斗部的起爆过程进行了数值模拟.通过模拟,着重分析了单点起爆、线起爆和面起爆对聚能射流的射流速度和L/D的影响规律.提出了一种新型聚能起爆方式.     

新型复合药型罩侵彻体成型的数值模拟研究

在串联战斗部的前级聚能装药结构中加入衬筒,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,研究衬筒、起爆方式和两罩材料对两段侵彻体性能的影响。结果表明:对于设计的前级聚能装药结构来说,无衬筒时不能形成有效前段侵彻体,反之,加入衬筒后可形成有一定头尾速度差的两段侵彻体,且衬筒直径为20~25 mm(0.35Dk左右),材料为铜时衬筒的截断作用最有效;当上罩选择锥形钛罩、下罩选择偏心亚半球钼罩,且采用双环起爆时形成的两段侵彻体性能最佳。