尖卵形弹丸侵彻加筋薄靶剩余速度的理论分析

基于尖卵形弹丸侵彻十字形加筋薄靶的花瓣型破坏模式,研究弹丸动能损失主要用于花瓣弯曲应变能、裂纹扩展应变能和加强筋弯曲应变能。利用能量守恒原理得到了弹丸穿甲后的剩余速度计算公式,并对不同初始速度的弹丸侵彻不同厚度薄板的过程进行了数值模拟,模拟结果与理论计算结果基本一致。结果表明,所得到的剩余速度计算公式具有一定的有效性。     

反跑道动能弹斜侵彻机场多层跑道的三维数值模拟

应用LS-DYNA有限元仿真软件对反跑道动能侵彻弹斜侵彻机场跑道的过程进行了三维数值模拟。研究了侵彻速度、入射斜角、侵彻弹重心位置以及跑道内介质交界面对侵彻过程的影响。结果表明：侵彻弹弹体质心位置靠前能减少侵彻中弹体的翻转,增加侵彻深度;多层介质界面的存在加速了弹体姿态翻转,侵彻速度越小和斜角越大时其现象越明显,同时改变了弹体过载响应,加剧了侵彻弹壳体应力集中。仿真结果对反跑道动能侵彻弹设计具有参考价值。     

反舰导弹动能穿甲效应中倾角的影响

半穿甲反舰导弹战斗部侵彻目标的角度具有不确定性.从理论上给出了薄板花瓣破坏的模型后,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对弹体不同倾角攻击目标的终点效应进行了分析.穿甲过程中,弹体和目标板选择了考虑应变、应变率和温度效应的Johnson-cook材料模型,分析了不同倾角对穿甲过程中弹体剩余速度及弹头姿态的影响.结果表明对于倾角效应来说,小角度时反舰导弹半穿甲战斗部穿甲能力略有提升;随着倾角增大,导弹穿甲能力降低甚至跳弹.     

截卵形弹体正侵彻加强筋结构靶的理论分析

为研究加强筋结构靶的抗弹性能,采用动量守恒定理,分析了截卵形弹体正侵彻加强筋结构靶的过程,给出了加筋靶破坏变形后凿块质量和花瓣等效质量的理论计算,得出了弹体剩余速度与位移、侵彻位置等物理量之间的关系;通过计算侵彻不同位置时弹体运动过程中筋形成花瓣的动量,得出筋产生最大动量的侵彻位置是弹体的截顶圆与筋中心线相切的位置;对理论计算与实验和数值计算进行了比较,结果表明三者是吻合的.     

截锥形空心弹体侵彻薄靶板的数值模拟

运用非线性动力学有限元软件LS-DYNA，开展了截锥形弹体在速度为0．6～2．3Ma范围的正穿甲和45°斜穿甲的数值模拟。靶板在弹体正撞击和低斜角撞击时，在各种速度下均为向前的花瓣型破坏。在高斜角低速撞击时，靶板出现向前的花瓣失效；在高斜角高速撞击时，靶板的花瓣部分向前，部分向后．其近着靶方向的花瓣向前，而远着靶方向的花瓣向后翻转。在不同速度下弹体斜侵彻靶板时，在较低速度下弹体在侵彻后其轴线与靶板的夹角增大，而在高速时其夹角减小。     

基于板厚补偿的921A钢与Q345钢靶板在截卵形弹体侵彻下的等效方法

对于弹体侵彻舰船靶标试验,由于船用特种钢材较为昂贵,试验成本过高,开展普通船用钢材替代船用特种钢材的等效性研究。为确定不同材料靶板之间的等效关系,基于剩余速度相等原则,采用量纲分析及补偿模型的方法,提出基于补偿模型的材料等效工程化设计公式。该公式中等效板厚与原型板厚之比和等效板屈服强度与原型板屈服强度之比要满足幂指数关系,而幂指数系数要通过实验或仿真方法确定。运用有限元分析软件LS-DYNA对截卵形弹体垂直侵彻921A钢 和Q345钢均质靶板过程进行数值仿真,结果表明计算结果与实验结果吻合较好,验证了数值仿真方法的正确性。通过对数值仿真计算得到的等效板厚拟合,提出两种材料靶板等效板厚与动态屈服强度之间的经验公式,并验证了补偿模型公式的有效性。为舰船靶标侵彻实验的等效靶设计提供了理论依据和数据参考。     

基于不同方法的战斗部剩余速度评估结果差异规律

为探索战斗部剩余速度的评估方法,采用不同方法的战斗部剩余速度评估结果差异规律。分别使用贝尔金公式和数值方法对半穿甲战斗部侵彻钢甲的剩余速度进行计算,得到初始侵彻速度介于0.25~3.0 Ma范围内半穿甲战斗部的多组剩余速度值,总结出其内在规律,并通过该战斗部侵彻钢板的实物试验验证该差异规律结论的正确性。同时,对具有不同弹形的另2种战斗部侵彻钢甲的剩余速度进行贝尔金公式和数值仿真计算,与实物试验结果对比表明,同样符合该差异规律结论。     

刚性弹体侵彻加筋靶板的力学模型

采用动量守恒定理研究了截卵型刚性弹体对加筋靶板的侵彻贯穿问题.提出了刚性弹体侵彻贯穿加筋靶板的力学模型,并用来预测弹体贯穿加筋靶板后的剩余速度.在此基础上,利用该模型分析了加筋靶板加强筋的宽度和高度以及弹体的初始速度对弹体剩余速度的影响.模型预测结果与实验及数值结果相比较,三者具有较好的一致性,表明该模型是合理的.     

陶瓷/金属复合板抗侵彻问题的数值模拟

利用LS—DYNA对长杆弹垂直侵彻陶瓷／金属复合板的过程进行了数值模拟分析。计算结果与已有的实验结果吻合较好。通过研究不同陶瓷厚度下弹体侵彻的剩余速度．得到了弹体剩余速度随陶瓷厚度变化的曲线。同时改变弹体头部的形状，得到了三种不同头部的弹体侵彻速度曲线和尾部位置变化曲线。最后根据不同组分的吸能形式，就动能和内能两部分分析了复合靶板的抗侵彻机理。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明：弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

椭圆变截面弹体斜贯穿薄靶姿态偏转机理

随着新型武器平台的发展,具有良好平台适应性、高升阻比及隐身性能等特点的异形截面（椭圆形及变截面椭圆形）战斗部开始受到广泛关注。为探究椭圆变截面弹体斜贯穿薄靶机理与姿态偏转规律,对3种不同截面（圆形、椭圆形、变截面椭圆形）弹体斜贯穿双层945舰船薄钢板实验过程及结果进行整理与分析,根据椭圆变截面弹体贯穿过程、靶板破坏失效模式与弹体受力特征,将贯穿过程分为弹体头部压入阶段、弹体头部贯穿阶段、过渡阶段与弹身贯穿阶段。基于能量守恒、虚功原理分阶段分析弹体受力特征,建立弹体姿态偏转理论模型。通过对已有实验和数值模拟结果与理论模型所得结果进行对比,验证理论模型的可靠性。采用该理论模型着重讨论弹体撞击速度、初始倾角、质心位置、弹体翻滚角及椭圆截面长短轴之比等参数对椭圆变截面弹体姿态偏转的影响。结果表明：随着椭圆变截面弹体初始撞击速度的增加,弹体姿态偏转角度呈现指数型减小趋势;随着椭圆变截面弹体初始倾角的增大,弹体姿态偏转量增大;随着椭圆变截面弹体质心位置的后置,弹体姿态偏转角度增大;椭圆变截面弹体以不同的翻滚角撞击靶板时,弹体姿态偏转角度不同,γ_pt=0°较γ_pt=90°时弹体姿态偏转角度更大;当γ_pt=0°时,椭圆变截面弹体椭圆截面长短轴之比增大,弹体姿态偏转角度随之增大;当γ_pt=90°时,规律则相反。     

弱约束抛撒条件下子弹对靶板扩孔能力研究

为提高在弱约束抛撒条件下子弹的毁伤效果,采用数值模拟与实验相结合的方法对薄壳子弹以不同攻击姿态对金属靶板的扩孔能力进行研究。建立子弹侵彻金属靶板的有限元模型,对不同着角、攻角情况下的穿甲过程进行数值模拟;对子弹各部件过载及装药安定性进行分析,并完成了不同工况下扩孔情况的计算。计算结果与实验结果一致性很好,相对误差小于10%。结果表明,该方法适合于弱约束抛撒条件下子弹对靶板的扩孔能力研究。     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有：径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有：剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。     

小型穿甲弹斜侵彻陶瓷/金属板分析模型

基于小型穿甲弹垂直侵彻陶瓷/金属板的分析模型,利用圆截面与椭圆截面吸能相同的假设,建立了小型穿甲弹斜侵彻陶瓷/金属复合靶板的分析模型,并进行了相关的试验验证;同时,分析了陶瓷/金属靶板的抗弹性能与弹丸着角、靶板配置的关系。     

低速锥头弹丸对薄板穿孔的破坏模式研究

根据低速锥头弹丸对薄板穿孔的实验研究结果，分析了锥头弹丸穿透匀质钢靶板的作用过程，提出了大锥角弹丸穿透薄钢靶板的主要破坏模式为：隆起－剪切破坏和蝶形弯曲－花瓣开裂破坏。给出了这两种破坏模式的靶板变形功的计算方法，计算结果与实验结果符合较好。     

动能弹斜侵彻运动装甲目标的数值模拟

利用LS-DYNA3D软件对弹体侵彻运动装甲板进行了数值模拟研究,从弹体剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了弹体侵彻运动装甲的能力.得出了弹体速度随时间的变化规律,结果表明,弹体初速度、装甲运动速度及方向、装甲的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响.     

弹丸侵彻装甲钢板过载特性数值模拟

利用LSDYNA3D软件,研究了弹丸侵彻装甲钢板的过载特性,针对几种典型的弹丸初速度、着角以及靶板厚度进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹丸侵彻加速度过载曲线,分析结果表明着速、着角及靶厚对侵彻过载有很大影响,为硬目标侵彻引信的设计及装甲防护技术提供了参考.     

弹丸倾斜入射高硬度靶板的抗弹特征研究

采用 5 3式 7.6 2mm穿燃弹倾斜入射 10mm厚、硬度为HRC4 4～ 5 6的Cr-Ni-Mo系试验装甲钢进行了穿甲试验 ,研究了在不同硬度状态下 ,硬度对装甲钢板安全角的影响。依据倾斜入射的穿甲特征和靶试后对靶板损伤情况的分析认为 :弹丸在倾斜入射靶板时 ,随着靶板硬度增加 ,靶板安全角减小 ,抗弹性能提高 ,这主要是由于高硬度靶板使弹丸产生断裂和破碎及弹丸在开坑和侵彻阶段的阻力加大所致。