泡沫铝夹芯结构抗平头弹侵彻理论分析模型

为研究泡沫铝夹芯结构抗平头弹侵彻的理论分析模型,将弹体侵彻泡沫铝夹芯结构的过程分为三个阶段:前面板剪切失效、泡沫铝压缩剪切和后面板隆起开口。根据夹芯结构各组成部分的破坏模式,结合牛顿运动定律和能量守恒建立了各阶段的理论计算模型;通过理论计算模型分析了泡沫铝夹芯结构各组成部分在抗弹过程中吸能情况。结果表明,该理论模型计算结果与试验结果吻合良好,两者最大误差不超过10%。泡沫铝夹芯结构抗弹过程中,泡沫铝芯层吸能最多,占总吸能的48.9%;其次是后面板吸能,前面板吸能最少。前、后面板的吸能差别是因为两者在弹体侵彻过程中变形失效模式不同。     

泡沫铝夹芯结构对中低速FSP的抗侵彻特性研究

为研究泡沫铝夹芯结构的不同组合形式在中低速FSP侵彻下的抗弹性能及破坏机理,开展了系列弹道试验,分析了夹芯结构的破坏模式,得到了前后面板厚度大小、后面板分层对夹芯结构抗弹性能的影响。研究结果表明:在中低速FSP侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切破坏,其背弹面发生明显的撕裂破坏;前面板发生绝热剪切破坏,弹孔周围产生明显的碟形弯曲变形;后面板发生塑性变形和拉伸破坏,后面板较薄时,还相应出现花瓣开裂现象。在总面密度相同的情形下,夹芯结构的后面板越厚,整体单位面密度吸能越高,抗弹性能越好;将后面板分层后,整体抗弹性能较不分层有所提高。     

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。     

穿甲弹弹芯用非晶复合材料研究进展

穿甲弹的弹芯是穿甲弹的主体,弹芯材料的制备、成形及侵彻过程直接决定了穿甲弹的穿甲威力。非晶复合材料具有高的剪切"自锐性"和无毒性,是一种取代钨重合金和贫铀合金的新型穿甲弹弹芯材料。本文综述了非晶复合材料穿甲弹弹芯从制备到使用所经历的基体合金和增强体选材、成形出所要求的穿甲弹弹芯外形和穿甲侵彻三个阶段的国内外研究现状。并从这三个方面指出了进一步提高非晶复合材料弹芯穿甲威力的途径。     

管-杆伸出式弹芯垂直侵彻半无限靶机理研究

基于管-杆伸出式弹芯材料满足刚-塑性本构关系及该弹芯在侵彻过程中视为准定常运动等假设,通过分别对头部、管体、管与杆重合部及杆体等不同侵彻阶段的理论分析与推导,建立起该弹芯垂直侵彻半无限靶的简化模型。在1300 m/s~1500 m/s的速度范围内,对该弹芯进行了数值模拟与验证试验研究。通过对模型计算、数值模拟及试验结果之间的对比,表明简化模型及数值模拟方法的可靠性,得出了该弹芯垂直侵彻靶板所产生弹坑的形貌特征与形成机制,以及该弹芯在侵彻中的相对优势情况与侵彻深度随速度的变化规律。     

挤压态Mg—Gd—Y系合金中的绝热剪切带

在经钢球高速侵彻后的挤压态Mg-Gd-Y系合金板材中发现有绝热剪切带生成.这些剪切带经腐蚀后在光学显微镜下呈亮白色,平均宽度约为10μm,带内的显微硬度明显高于周围基体,属于典型的绝热剪切带.剪切带只出现在稳定塑性侵彻阶段.整个侵彻过程中只有数条剪切带形成,这表明该合金具有较好的抗热塑失稳的能力.     

卵形弹中低速侵彻UR50超早强混凝土靶机理

为研究早强混凝土的抗侵彻性能和养护龄期的关系,利用35 mm弹道炮和35CrMnSiA制缩比卵形弹对两种养护期下产品名为UR50的超早强混凝土进行了侵彻试验,根据试验数据对两种龄期的超早强混凝土的侵彻响应特性进行对比分析。之后为进一步研究弹体侵彻超早强混凝土的响应机理,引入刚性弹侵彻半无限靶的响应模型进行理论研究,并利用别列赞公式分析了超早强混凝土中特种钢纤维对抗侵彻性能的提升。试验结果表明：弹体中低速侵彻超早强混凝土靶的过程可分为冲击开坑和稳定侵彻两个阶段;超早强混凝土养护7 d就可以达到养护28 d时的抗侵彻性能。利用刚性弹侵彻半无限靶的响应模型对养护7 d和28 d的超早强混凝土的量纲为一的侵彻深度预测值与试验侵彻深度进行对比,发现其最大相对误差分别为29.13%和17.50%,通过对响应模型中两种龄期超早强混凝土的计算无侧限抗压强度进行修正,使其侵彻深度计算值符合实际结果。     

高速钝头弹侵彻中厚高强聚乙烯纤维增强塑料层合板的机制

根据侵彻过程中的不同受力状态和耗能机制,结合高强聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板抗高速侵彻特点,将高速钝头弹对中厚UFRP的侵彻过程分为压缩镦粗、剪切压缩和拉伸变形三个阶段。基于三阶段侵彻机制,利用能量守恒原理建立了钝头弹高速侵彻中厚UFRP的弹道极限和剩余速度计算模型。采用侵彻模型计算了相关文献弹道试验工况下弹体的剩余速度和弹道极限速度,计算值与文献试验值吻合较好。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的纤维熔断和弹体镦粗现象,能够对高速钝头弹侵彻中厚UFRP的剩余速度和弹道极限速度进行合理预测,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

“上帝之杖”天基动能武器毁伤效应评估

作为未来化战争条件下打击地下深层战略目标的一种重要武器装备,“上帝之杖”天基动能武器对维护国家利益和领土完整意义重大。综合考虑了外界温度、压强、海拔高度、大气密度、飞行速度等因素对弹体在大气层中所受空气阻力的影响,分析计算出“上帝之杖”动能弹的入地速度达3 401.7 m/s;目前,受到实验技术和方法的限制,只有Gold取得了几组动能弹高速侵彻混凝土靶的实验数据,且最高侵彻速度不足2 km/s,对诸如“上帝之杖”这么高侵彻速度的动能弹侵彻混凝土靶的实验研究还是空白;因此,进行了“上帝之杖”动能弹侵彻C60半无限混凝土靶的数值模拟和理论研究。研究结果表明:数值模拟所得的最终侵彻深度(18.9 m)与理论计算结果(17.3 m)的误差在允许的范围内,混凝土靶的最终开坑直径达7.333倍弹径;不同于刚性弹侵彻过程中侵彻速度持续衰减的特点,“上帝之杖”超高速动能弹侵彻的瞬态高压阶段弹头侵彻速度锐减,动能损失率极高,相应侵彻深度小;稳定侵彻阶段弹头侵彻速度和弹长消蚀速度保持稳定,弹体动能损失率基本不变,侵彻深度却线性增加;当动能弹着靶速度足够大时,最终侵彻深度主要受弹靶材料密度控制,受弹靶强度影响不大,高密度分层防护结构在抗超高速动能弹侵彻领域优势显著。     

玄武岩纤维增强复合材料抗弹性能试验研究

摘要：为了研究玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能,利用不同树脂基体制作了玄武岩纤维增强复合材料靶板试件,进行了弹道测试。研究了玄武岩纤维增强复合材料的抗侵彻性能和典型破坏模式,并分析了不同树脂基体和不同铺层方式对靶板防弹效果的影响。研究表明,玄武岩纤维增强复合材料在受弹体侵彻时,主要呈现局部破坏,破坏形式是迎弹面的纤维剪切失效、背弹面的拉伸断裂失效。另外,根据轻型防护的要求,提出设计新型防护结构的思路。研究结果可以为轻型复合装甲设计提供参考。     

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．     

钝头弹高速斜侵彻中厚背水金属靶板的机理研究

为探讨高速钝头弹斜侵彻中厚背水金属靶板的机理,根据不同的受力状态及耗能机制,结合中厚背水靶板抗高速斜侵彻特点,通过厚度等效,将斜侵彻转化为相应的正侵彻。然后,将整个侵彻过程分为压缩镦粗、剪切压缩和剪切扰动三个阶段。基于三阶段侵彻机制,建立了钝头弹高速斜穿甲中厚背水金属靶板后的瞬时余速计算模型,并讨论了该计算模型的局限性。采用该模型计算了3.3 g立方体弹丸斜穿甲5 mm背水钢板后的瞬时余速,理论计算值与试验结果及相应的仿真计算值均吻合较好。由于该模型考虑了靶后水介质的动支撑作用及动能耗散等效应,在一定的适用范围内,能对钝头弹高速斜侵彻中厚背水金属靶板的瞬时余速进行合理地预测,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

FRC层合板抗高速冲击机理研究

基于纤维增强复合材料( FRC) 层合板高速冲击下横向变形及破坏模式的分析, 根据冲击动力学理论和应力波传播特性, 建立了FRC 层合板柱形弹高速冲击下的两阶段(剪切侵彻和连续侵彻) 侵彻动力学分析模型。采用瞬态梯度变形锥理论分析了连续侵彻阶段的弹、靶相互作用, 并编制相应计算程序, 通过计算结果与实验测试结果的综合比较, 弹体初速在300～900 m/ s 范围内, 剩余速度误差小于50 m/ s , 验证了两阶段侵彻模型的适用性和稳定性, 分析了实验现象, 如梯度变形锥、背层花瓣开裂和面背层破坏模式差异等的产生及形成机理, 提出了提高现有层板结构抗弹性能的新途径, 如降低层间粘结强度、提高面层纤维的抗剪能力等。      

MCA方法模拟穿甲弹芯的侵彻破坏

装甲、反装甲等武器设计研究必须要穿甲侵彻机理。本文用MCA算法模拟穿甲侵彻过程,直观地描述了高速侵彻时弹靶的破坏变形状态,并在微细观层面上分析了侵彻过程穿甲弹芯的损伤发展及破坏规律。     

泡沫铝夹芯板压入和侵彻性能的实验研究

利用MTS和落锤试验机研究了由复合材料面板和闭孔泡沫铝芯层组成的夹芯板结构在压入和侵彻时的变形和失效行为,并通过引入无量纲参数——能量吸收效率因子,探讨了一些关键参数对夹芯板压入和侵彻性能以及能量吸收性能的影响,如冲击能量、面板厚度、芯层厚度及相对密度、压头/锤头形状和边界条件等。结果表明夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内。夹芯板的能量吸收效率对其结构参数比较敏感,增加上层面板厚度、芯层厚度或芯层相对密度能够有效地提高夹芯板结构的能量吸收能力以及抵抗压入和侵彻的能力,而下层面板厚度的对夹心板抗侵彻性能的影响不明显。不同的压头/锤头形状和边界条件对泡沫铝夹芯板的压入和侵彻响应以及能量吸收性能影响明显。     

超高分子量聚乙烯纤维/水性聚氨酯复合材料层压板抗软钢芯弹侵彻性能及其损伤机制

选用碳纳米粒子(CNPs)原位改性和未改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为增强纤维,水性聚氨酯(WPU)作为树脂基体,采用缠绕-复合-热压工艺制备单向(UD)正交结构的UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板。基于X射线计算机断层扫描(CT)技术,研究UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板在7.62 mm×39 mm软钢芯弹以弹速为(720±10) m/s侵彻下的弹道响应。结果表明,UHMWPE纤维的CNPs原位改性提高了CNPs-UHMWPE纤维/WPU复合材料层压板抗单发侵彻性能,但会降低其抗多发打击的能力。对于未被穿透的层压板,其被侵彻过程可分为三个阶段,依次为剪切冲塞、断裂破坏和剩余子层的塑性变形,且每个阶段的厚度比依次为11.51%、44.40%和44.09%;层压板的分层响应主要发生在第二阶段,并集中在弹着点附近;每发弹丸侵彻导致层压板的破坏区域包含在以弹着点为圆心、直径约为70 mm的圆内。      

长管体斜侵彻半无限均质靶简化模型

长管体斜侵彻半无限靶的研究具有重要意义。描述了长管体在速度范围在1000m/s~1500m/s时斜侵彻半无限均质靶板的物理图像,对长管体在侵彻各个阶段的受力和运动情况进行了分析,发现侵彻时管体中央的“靶芯”对侵彻过程影响很大。在一定假设条件下,基于变质量系统动量守恒定律建立了不同侵彻阶段长管体侵彻的质心运动方程,基于动量矩定理建立了不同侵彻阶段绕质心的摆动方程,并进行了数值计算。进行了长管体侵彻半无限均质靶板的试验,试验与计算结果表明二者的侵彻行程吻合较好,说明所建立的模型能够描述长管体对半无限均质靶板的侵彻过程,对空心弹和异形穿甲弹的研究和设计具有一定参考价值。     

碳纤维编织复合材料层合板抗侵彻性能研究

通过弹道冲击实验开展了碳纤维编织复合材料层合板的抗侵彻性能研究，进行了动态响应分析和损伤模式分析。建立了基于Hashin失效和Yeh分层失效准则的渐进损伤模型，运用ABAQUS有限元软件模拟了碳纤维编织复合材料层合板的侵彻失效过程，采用Lambert-Jonas公式拟合了柱状弹侵彻层合板弹道极限曲线，对比分析了碳纤维编织复合材料层合板侵彻实验与数值模拟的弹道极限速度及损伤形貌。结果表明，层合板侵彻损伤模式主要为分层、纤维断裂和基体开裂失效，弹道极限速度数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

高速冲击载荷作用下钎焊蜂窝夹层板动态响应

目的 以钎焊高温合金蜂窝夹层板为研究对象,分析其在弹丸高速冲击作用下的力学性能。方法 采用轻气炮冲击加载试验结合有限元模拟,对蜂窝夹层板开展不同冲击强度下的动态响应和失效研究。开展含高速冲击损伤的蜂窝夹层板侧压试验,研究损伤模式对剩余强度的影响。结果 冲击强度对夹层板的失效过程和失效模式有着明显的影响,当冲击条件不足以使得迎弹面发生侵彻时,夹层板失效为表面压痕损伤;随着冲击强度的提高,出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度大于临界值时,迎/背弹面陆续被侵彻,夹层板出现侵入损伤及贯穿损伤。结论 高速冲击损伤使得蜂窝夹层板的侧压失效模式,由理想塑性屈曲转变为局部失稳,侧压极限载荷大幅降低。     

串联随进弹对预开孔跑道的斜侵彻研究

为研究反跑道串联子弹药后级随进战斗部在前级聚能开孔战斗部预先开出孔道情况下对机场跑道的随进侵彻性能,采用LS-DYNA动力学仿真分析软件分别对随进弹在不同随进速度,不同攻角及不同介质界面的条件下侵彻跑道的过程进行数值模拟,所得结果得到了理论分析和样弹实验的验证。研究结果对反跑道串联随进弹的设计具有参考价值。