基于ALE方法的预制破片战斗部数值研究

为了研究杀伤破片场的分布规律,采用ALE方法对预制破片战斗部在空气中的爆炸效应进行了数值研究。建立单层离散破片的战斗部有限元模型,对压力场的分布规律、破片的飞散特性进行了数值计算,并根据模拟结果拟合了破片的分布密度函数。计算结果与实验结果一致性很好,表明:采用该方法模拟预制破片战斗部的破片飞散过程具合理性和有效性。     

D型预制破片战斗部破片飞散过程的数值模拟

在试验的基础上结合有限元计算软件LS-DYNA,采用Lagrange算法对D型战斗部破片飞散及破片毁伤靶板的过程进行了数值模拟,分析研究了D型双层壳体预制破片战斗部破片飞散的特性。与试验结果及ALE算法计算结果的比较表明,采用Lagrange算法模拟预制破片战斗部的破片飞散过程更具合理性和有效性。     

预制破片初速和飞散角的数值模拟

为了获得预制破片战斗部破片的飞散规律,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对某底凹预制破片弹壳体的膨胀和预制破片的飞散过程进行了数值模拟,得到了预制破片初速和飞散方向角沿弹轴分布曲线,其结果与经验公式计算结果具有较好的一致性.     

可变形战斗部破片增益研究

通过试验得到可变形战斗部破片飞散分布规律,运用LS-DYNA对可变形战斗部变形和爆轰驱动破片飞散过程进行数值模拟,得到与试验吻合较好的结果;对相同结构口径的偏心起爆战斗部、周向均匀战斗部的爆轰驱动破片飞散过程进行了数值模拟。结果表明,在给定破片飞散角度内可变形战斗部整体性能优于偏心起爆战斗部。     

弹丸头部形状对前置破片飞散的影响

为研究弹丸头部形状对前置破片飞散特性的影响,应用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件模拟前向增强预制破片弹的爆炸过程.研究在不同曲率半径头部壳体上破片层的破片飞散速度及飞散角的关系,以及连接螺对前置破片飞散特性的影响.结果表明:破片层头部的破片速度主要为轴向速度,而尾部破片主要是径向速度,且破片初速及头部的破片飞散角随弹丸头部壳体曲率半径的增大而减小.同时,连接螺主要影响破片层尾部破片的飞散特性,并对中部的破片也有一定的约束.     

定向驱动预制破片战斗部数值模拟与试验

为研究预制破片在炸药驱动下的飞散情况,使毁伤单元朝指定方向集中飞散,形成毁伤元素增益区,以提高预定区域的杀伤威力。以某火箭战斗部为平台,设计了炸药柱与钨球结合的定向战斗部结构。利用LS-DYNA软件对爆炸驱动预制破片战斗部威力进行了数值模拟,获得了钨球的速度和空间分布规律。设计了试验方案并进行了靶场试验。通过与模拟结果比较,证明二者基本一致,可为定向战斗部的设计和模拟计算提供参考。     

末敏弹EFP战斗部增强破片杀伤作用研究

针对末敏弹对有生目标杀伤能力弱的问题,基于EFP战斗部结构,提出了一种轴向EFP药型罩结构并且周向装填预制破片的战斗部结构布局.利用仿真软件对EFP的成型与预制破片的飞散进行了数值模拟.仿真结果表明,周向装填预制破片对EFP的成型没有影响,而且预制破片的速度与分布较好.因此,周向装填预制破片可以增强末敏弹对软目标杀伤能力.     

圆弧杆球交错组合破片战斗部破片飞散特性数值模拟

为了进一步提高战斗部的毁伤能力,进而比较了同一战斗部上相同体积的两种形状的破片,运用AN-SYS/LS-DYNA对该战斗部进行了飞散特性数值模拟.分析了交错排列和不同形状对战斗部爆炸破片的速率以及破片形成空间状态的影响.模拟结果表明:圆弧杆破片的平均速率最大,球破片平均速率最小;在任一时刻破片飞散,整体表现均为预制破片球形成的“体”杀伤和圆心角为30°的圆弧杆形成的“体”杀伤组合成的复合“体”杀伤,模拟结果可为战斗部的设计提供了有益的参考.     

基于LS-DYNA的自然破片战斗部数值模拟方法研究

为分析自然破片战斗部不同数值模拟方法的有效性,以非线性动力分析软件LS-DYNA为工具,采用单元失效法和节点分离法对战斗部壳体破碎过程进行研究,得到战斗部壳体飞散形态、半径膨胀曲线和破片速度曲线.通过对比壳体破片特征参数,分析不同建模方法对计算结果的影响.结果表明:单元失效法和破片最终飞散形态有较大区别,节点分离法从宏观唯象角度和实际情况较为符合.     

预制破片战斗部试验与数值模拟研究

利用有限元分析软件，对预制破片战斗部的破片初速、飞散角等参数进行了数值模拟研究，与试验结果符合较好，表明战斗部的设计满足战术要求．模拟结果可信。程序中对预制破片采用刚性材料模型是合理可行的。通过模型假设，对整体破片初速进行了理论计算，并与试验和模拟值进行了比较。     

圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究

为获得更精确的预制破片初速计算模型及破片变形与内衬层破裂半径对初速的影响规律,进行一种圆柱形预制破片爆炸驱动仿真研究。通过分析预制破片战斗部的爆炸驱动过程,建立考虑内衬层破裂半径及破片变形量的预制破片理论初速计算模型,利用非线性动力学分析软件AUTODYN,采用Johnson-Cook本构模型和流固耦合算法,对圆柱形预制破片的爆炸驱动进行了仿真研究。仿真结果表明：随着内衬层厚度的增加,内衬层破裂半径增大,圆柱形预制破片的变形量减少。钢制破片及修正后的钨合金破片的理论初速与仿真结果吻合较好,验证了计算模型的正确性。该研究结果对预制破片战斗部的设计具有一定的参考意义。     

聚焦战斗部与普通杀爆战斗部毁伤效能比较

针对高效毁伤空中目标需求,开展聚焦破片战斗部与普通战斗部对导弹目标毁伤效果比较研究。开发了破片式战斗部对空中目标毁伤评估仿真系统,对同样弹目交汇条件下,某导弹受聚焦战斗部与普通杀爆破片战斗部打击下所遭遇破片数及弹体毁伤情况进行了仿真计算;利用模拟实验,比较了聚焦战斗部与普通杀爆战斗部的破片-冲击波联合作用对目标的毁伤效果。聚焦破片式战斗部击中目标的破片数量明显增多,且能形成切割性毁伤;聚焦战斗部破片-冲击波联合作用毁伤效果要强得多。     

破片发生器爆轰驱动数值模拟

利用ANSYS／LSDYNA软件对一定向破片战斗部试验件进行了二维和三维数值模拟，获得了破片速度、飞散角分布和定向战斗部对破片的爆轰驱动过程的物理图象，计算结果和试验结果具有良好的一致性。     

杀伤爆破战斗部起爆方式对地面目标杀伤威力的影响

为提高杀伤爆破（简称杀爆）战斗部对地面目标的毁伤威力,利用靶场静爆试验和数值模拟方法开展了序贯起爆网络下的定向战斗部威力研究。基于LS-DYNA有限元程序分析不同起爆方式下杀爆战斗部的破片飞散规律,编写C语言程序获得有效破片落地时的分布密度和能量分布,结合毁伤概率法计算战斗部在落角、落速、落高不同运动参数下的有效毁伤面积。研究结果表明：偏心两线和偏心三线序贯起爆在定向方向的速度增益为20.3%、19.8%,序贯起爆可有效改善破片的飞散角,提高破片的落地动能和密度,进一步提高战斗部毁伤面积;偏心两线序贯起爆时战斗部的毁伤效能最高,有效毁伤面积增益最高可达809.1%;该毁伤面积计算方法可较好地反映出破片密度和动能对毁伤效能的影响,为不同起爆方式下杀爆战斗部的毁伤评估提供参考。     

一种离散与预制组合破片战斗部的数值模拟

离散与预制组合破片战斗部的杀伤元为圆弧杆破片与球破片,破片的不同形状和不同参数都影响战斗部的杀伤效果。运用ANSYS／LS-DYNA对该战斗部进行了数值模拟。分析了破片的错位排列和不同形状对战斗部爆炸形成破片的速率及形成破片的空间状态的影响。模拟结果表明：圆弧杆破片的平均速率最大,球破片平均速率最小;由于破片的错位排列及形状的不同使战斗部爆炸在有限的时间内任一时刻破片形成连续的不同半径杀伤环的空间分布,即形成了类似于大碗倒扣在小碗上的“体”杀伤。模拟结果可为战斗部的设计提供有益的参考。     

展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部性能的影响

为了研究轴向展开式定向战斗部的毁伤效能,采用AUTODYN软件系统分析了展开角度及起爆位置对轴向展开式定向战斗部破片性能的影响,获得了战斗部轴向展开角度及起爆位置对形成破片质量分布、飞散速度及飞散角的影响规律。结果表明,前向爆炸成型弹丸(EFP)速度随轴向展开角增大而逐渐减小。而EFP长径比增加,翼径比为4.2左右,战斗部轴向展开角的增大可提高有效破片质量百分比,破片最大飞散速度出现在距起爆端约33.33%处,起爆位置在装药外侧时战斗部的有效破片百分比达67.57%;选取战斗部的轴向展开角度为60°左右,且起爆点位于最外侧,可实现轴向展开式定向战斗部定向与汇聚打击的高效毁伤功能。     

EFP/预制破片复合战斗部结构设计与分析

为增大毁伤面积并提高侵彻能力,设计不同结构的爆炸成型弹丸(explosively formed penetrator,EFP)/预 制破片复合战斗部,综合挡环结构及预制破片钨球的排布方式,得到4 种方案。应用ANSYS/LS-DYNA 对战斗部 成型过程进行数值模拟,通过不同战斗部结构方案分析,研究挡环结构及预控破片排布方式对毁伤元成型过程和毁 伤效果的影响。结果表明：当挡环顶部与药型罩底部处于同一平面时,形成的EFP 速度更高、长径比更大、长度更 长,且内圈钨球的轴向速度更高;采用内圈钨球26 枚、外圈钨球32 枚的钨球排布方式的战斗部,其内、外圈钨球 发散角更大,能形成具有良好侵彻能力且密度均匀的破片场,仿真与实验结果一致。     

起爆环半径对多定向破片战斗部参数的影响

起爆方式对爆炸成型多定向破片（MDF）战斗部的形成过程和形态具有重要影响。在深刻理解MDF战斗部爆炸成型机理的基础上,通过对药型罩由切割网栅形成多个破片过程的仿真和爆轰波作用理论分析,研究了环起爆方式下起爆环半径对MDF战斗部参数的影响。研究表明：随着起爆环半径的增加,切割药型罩形成的MDF头部破片速度随之增大,但破片的剩余质量将会减小,而破片的发散角则随起爆环半径的增加呈现先增大再减小的趋势;对于特定的MDF战斗部,当起爆环半径在8～12 mm时,破片的侵彻能力和对目标的毁伤作用效果最好。     

球状和六面体状预制破片穿甲数值仿真

为了论证战斗部装填六面体状预制破片的可行性,节约试验费用,缩短研制周期,利用ANSYS／LS．DYNA对球状和六面体状预制破片穿甲过程进行了数值仿真对比分析。数值仿真模型对球状预制破片的仿真结果与实验结果相比,比较接近试验结果,表明数值仿真模型具有一定的可信度。运用同样的数值仿真模型对六面体状预制破片穿甲过程进行数值仿真,结果显示可以满足穿甲威力要求,但与球状预制破片有很大差异。     

传爆管偏置对子弹预制破片战斗部威力的影响

为了给弹药总体和引信传爆序列设计提供参考,以某中型盘状子弹为对象,通过破片初速理论计算和ANSYS／LS-DYNA仿真,并结合试验,得到了传爆管不同偏置距离下子弹战斗部预制破片初速各向分布。结果表明：与中心传爆系统相比,偏心传爆系统离传爆管远的破片初速较高。随传爆管偏置距离增加,同一周向破片间初速差异变大。传爆管偏置9 mm时破片初速增益为－7.28％～8.28％,对子弹战斗部破片杀伤场轴对称性影响不大,因引信安全性设计所需的传爆管偏置结构可行。