一种新型地雷战斗部的数值模拟研究

针对地雷的毁伤目标和特性,提出一种新颖的多棱柱状药型罩结构,其可看作由八个楔形罩对称排列相邻连接而成.应用非线性有限元软件完成了爆炸载荷下多棱柱状药型罩形成射流过程的数值模拟,结果表明新型药型罩结构能够实现预期设想,形成一股汇聚射流.研究结果为地雷战斗部研究提供了一种新的选择.     

前舱干扰下锥弧药型罩射流成型及侵彻性能研究

为了有效地降低前舱对聚能射流的干扰作用,提高聚能战斗部侵彻混凝土靶的威力,设计了一种锥弧药型罩。利用动力学仿真软件AUTODYN 2D对两种小锥段不同壁厚的锥弧药型罩和相同装药结构下的传统药型罩在前舱干扰情况下形成射流的过程进行数值模拟研究,分析这3种药型罩形成射流的性能,最后通过静破甲试验验证锥弧药型罩的侵彻性能。结果表明:与传统结构药型罩相比,在爆轰压力作用下,锥弧药型罩的锥形部分形成头部高速射流,减少在前舱的射流消耗,增加侵彻深度;弧形部分形成的射流质量利用率高,可形成粗大射流,提高侵彻能力;小锥段1.6 mm和2.5 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流都能够侵彻1 200 mm厚的混凝土靶板,且小锥段1.6 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流侵彻性能更好。     

柱-锥结合线型药型罩射流特性的数值模拟

为了提升线型聚能装药的切割能力,在锥形线型药型罩的基础上设计了一种新型柱-锥结合线型药型罩,并采用数值模拟软件ANSYS/ls-dyna对柱-锥结合线型药型罩、圆弧顶线型药型罩、锥形线型药型罩射流的形成及切割45号钢板的过程进行了数值模拟,通过对比3种结构药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸断裂时间、对45号钢板的切割能力来确定设计方案的可行性。研究表明:柱-锥结合线型药型罩形成射流的头部速度最高,相对锥形线型药型罩提高了约12.6%,相对圆弧顶线型药型罩提高了约5.4%;而且柱-锥结合线型药型罩形成的射流拉伸性能较好,能量更高,对45号钢板的切割能力最强,相对圆弧顶线型药型罩提升了约26.7%,相对锥形线型药型罩提升了约58.8%。     

柱-锥结合线型药型罩射流特性的数值模拟

为了提升线型聚能装药的切割能力,在锥形线型药型罩的基础上设计了一种新型柱-锥结合线型药型罩,并采用数值模拟软件ANSYS/ls-dyna对柱-锥结合线型药型罩、圆弧顶线型药型罩、锥形线型药型罩射流的形成及切割45号钢板的过程进行了数值模拟,通过对比3种结构药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸断裂时间、对45号钢板的切割能力来确定设计方案的可行性。研究表明:柱-锥结合线型药型罩形成射流的头部速度最高,相对锥形线型药型罩提高了约12.6%,相对圆弧顶线型药型罩提高了约5.4%;而且柱-锥结合线型药型罩形成的射流拉伸性能较好,能量更高,对45号钢板的切割能力最强,相对圆弧顶线型药型罩提升了约26.7%,相对锥形线型药型罩提升了约58.8%。     

辅助药型罩尺寸大小对半球形药型罩射流成型影响的数值模拟

为研究辅助药型罩尺寸对半球形药型罩射流成型的影响，采用数值模拟的方法对加装辅助药型罩结构的半球形药型罩射流形成性能进行了研究。结果表明：加装辅助药型罩后半球形药型罩所形成的射流质量相较于单一半球形药型罩具有明显提高，辅助药型罩直径d=0.6D,厚度h=0.1D时所形成的射流综合性能与其他方案相比较好，采用该方案与单一半球形药型罩进行半无限钢靶的侵彻对比，侵彻深度提高了76.8%。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

矩形射孔弹射流形成机理的微元法数值分析研究

对矩形射孔弹射流的形成过程及其侵彻靶板的过程进行数值仿真研究,并采用将药型罩进行微元划分的方法,研究药型罩微元的运动规律以及射流的有效结构,获得了射流的头部速度、纵向速度分布、射流的临界侵彻速度等一系列评估射流威力特性的重要参数。结果表明:对于45号钢质靶板,在射流对靶板进行侵彻的过程中,张角为60°的药型罩产生的有效射流为速度超过550 m/s以上的药型罩微元所形成的射流段;有效射流的高速段(v≥1300 m/s)由药型罩顶部材料组成,有效射流的中速段(1000 m/s≤v1300 m/s)由药型罩的中部及中上部材料组成,沿药型罩母线方向靠近底部约0.2倍母线长度的材料不形成有效射流。     

整体串联药型罩前后级壁厚对射流的影响研究

本文采用数值仿真与试验研究相结合的研究方法.为进一步提高药型罩有效射流量以及侵彻钢靶的深度,设计了三种药型罩不同前后级壁厚匹配方式的串联装药结构,并利用有限元软件LS-DYNA对药型罩不同前后级壁厚的串联装药结构射流的成形以及对钢靶的侵彻过程进行了数值模拟研究;配以相应的炸药装药进行试验研究,并对两种研究结果进行了简要的分析.结果表明,药型罩前后壁厚比为0.05 mm∶0.1 mm的装药结构要比其它壁厚比的装药结构形成的射流头部速度更高,侵彻钢靶更深,而且数值模拟与试验研究所得结论基本吻合.     

线性变壁厚药型罩形成射流的数值模拟

采用有限元程序对顶部薄、底部厚的变壁厚药型罩爆破形成聚能射流的过程进行二维仿真模拟。以罩壁的变化率为特征,讨论了线性变化率为0.78%-7.83%的8种药型罩爆破形成射流的形态和射流形态参数的变化,并与等壁厚药型罩爆破形成的射流进行了对比。结果表明,罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响;对于本文所采用的装药结构而言,变化率在2%左右的线性变壁厚药型罩爆破效果最佳,并优于同等装药条件下线性等壁厚药型罩的爆破效果。     

线性变壁厚药型罩形成射流的数值模拟

采用有限元程序对顶部薄、底部厚的变壁厚药型罩爆破形成聚能射流的过程进行二维仿真模拟。以罩壁的变化率为特征,讨论了线性变化率为0.78%-7.83%的8种药型罩爆破形成射流的形态和射流形态参数的变化,并与等壁厚药型罩爆破形成的射流进行了对比。结果表明,罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响;对于本文所采用的装药结构而言,变化率在2%左右的线性变壁厚药型罩爆破效果最佳,并优于同等装药条件下线性等壁厚药型罩的爆破效果。     

平顶药型罩聚能射流形成过程研究

ANSYS/LS-DYNA对平顶药型罩的射流形成过程进行数值模拟,结果表明,在顶点起爆条件下,平顶药型罩的平顶中心首先下凹并拉动药型罩边壁向内汇聚,使得存在夹角的平顶与边壁整体构成环形线性聚能罩,此聚能罩在炸药爆轰作用下产生一级射流,一级射流彼此作用继而产生更高速度的二级射流。分析认为其机理是二级药型罩成型假说,尝试探索研究多级射流领域,并为提高射流速度提供一种新思路。     

复合双药型罩结构冲击ERA及其后效作用研究

为了研究复合双药型罩结构在冲击爆炸反应装甲(ERA)后剩余射流的性能,以及对主装甲的后效毁伤作用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,分别研究射流以垂直和倾斜两种状态冲击引爆ERA。其中,侵彻斜置ERA对射流性能影响较大,而垂直侵彻时射流未断裂,且长度几乎没有变化。在相同炸高处,与普通偏心亚半球单罩结构对主装甲的毁伤情况进行对比,结果表明:当在主装甲前未添加ERA时,复合双药型罩结构对主装甲的侵彻性能优于偏心亚半球单罩结构;而在主装甲前添加ERA后,复合双药型罩结构穿过ERA后依然可以有效地对主装甲进行侵彻,但偏心亚半球单罩结构在侵彻ERA后射流形态变化巨大,离散为射流粒子,几乎丧失了继续侵彻的能力,即复合双药型罩结构不仅可以更加有效地摧毁ERA,且对主装甲的后效毁伤效能明显提升,与单罩结构相比,扩孔孔径增加27.5%,侵彻深度提升了112.2%。     

截顶辅助药型罩对椭球罩射流成型影响研究

为了研究截顶辅助药型罩的结构参数对椭球罩射流成型及侵彻性能的影响,运用仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对其有限元模型进行数值模拟计算.结果表明:当辅助药型罩高度为2.5mm,直径为15mm时,截顶椭球罩形成的杆式射流具有最优的形态及侵彻性能,使用优化后的辅助药型罩结构侵彻混凝土靶板时,头部速度提升23.9％...     

双锥药型罩结构参数对聚能射流的影响

为探究双锥药型罩结构参数对聚能射流速度的影响,采用数值仿真模拟双锥型药型罩形成射流的过程。结果表明:双锥药型罩较单锥结构形成的有效射流更加密集,且形成射流的头部最大速度及射流平均速度均大于单锥药型罩。通过因素影响分析结果可知,大、小锥罩角度的变化对射流头部速度影响均显著,且大、小锥罩角度差距越大,形成射流的平均速度越大,同时还能保持较高的射流头部速度。双锥罩罩顶距壳体起爆点距离越小,形成的射流头部最大速度越大,且侵彻深度越深;距起爆点越远,形成射流的平均速度越大,侵彻扩孔能力越强。     

Enhancement of Particle Removal Performance of High-speed Air Jet by Setting Obstacle in Jet Flow

Surface cleaning using high-speed air jet can be applied to cleaning of an object with concavo-convex shape. In such cases, the distance between the air jet nozzle and the surface becomes on the order of cm. An increase in the distance causes a decrease of the air velocity at the surface resulting in deterioration of the particle removal performance of the air jet. Therefore, a method to enhance removal efficiency is required. In this study, we investigated two methods for the enhancement of removal efficiency: one is to set a wire in the air flow and the other is to set two cylindrical rods. Although the wire set at the center of the jet flow deteriorates the removal efficiency, experimental results imply that the wire has a positive effect on the efficiency when it is set at a position where it does not interfere with the main flow of the jet. On the other hand, when two cylindrical rods are set at a theoretical periphery of the air jet, it shows clearly an enhancement in removal efficiency. This fact implies that the removal efficiency can be enhanced by controlling flow fluctuation by means of setting an obstacle.     

柱锥结合罩射流成型过程数值模拟研究

为了更好地研究柱锥结合罩的成型机理,建立了带壳体柱锥结合罩战斗部仿真计算模型;得出了射流头部速度与射流最大速度变化规律;并分析了时程曲线的变化趋势以及产生这种变化的原因.针对柱锥结合罩结构的特殊性,合理的选用材料模型及单元算法等参数,运用LS-DYNA 3D对射流的形成进行了数值模拟.研究结果表明:柱锥结合罩在压垮过程...