刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

头部非对称刻槽弹体侵彻混凝土目标性能研究

为进一步提高弹体对混凝土类脆性靶体的破坏能力,提出一种可对混凝土施加轴线压缩与切向剪切联合破坏作用的头部非对称刻槽弹体,并在极坐标下表征非圆截面头部弹体结构。利用准静态柱形空腔膨胀模型,建立轴向压缩-切向剪切联合作用下的准静态柱形空腔膨胀理论模型,推导得到考虑剪切效应的靶体响应力函数。在此基础上,发展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限厚混凝土目标局部相互作用模型。基于前述分析,开展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限混凝土目标系列试验研究。研究结果表明：考虑剪切效应的二维空腔膨胀理论及局部相互作用模型的理论计算结果与试验结果吻合较好;与普通尖卵形弹体相比较,头部非对称刻槽弹体具有较好的侵彻能力,能有效提高侵彻深度。     

非圆截面弹体侵彻混凝土靶试验与仿真研究

为研究非圆截面弹体对混凝土靶的侵彻问题,利用30 mm滑膛炮发射平台,开展圆截面、椭圆截面和矩形截面弹体在(400～1 000)m/s速度范围内垂直侵彻混凝土试验研究,得到有效的侵彻深度数据,分析弹体动态响应及靶体的破坏特征,验证非圆截面弹体在一定条件下的相对侵彻优势。基于LS-DYNA动力学软件,建立3种不同截面类型弹体侵彻混凝土有限元模型,研究弹体侵彻过载、开坑大小和弹体抗弯强度等问题。结果表明:相对于圆截面弹体,两种非圆截面弹体的侵彻深度均有提升;由于弹体截面形状的改变,造成混凝土受力状态和破坏机理的变化是非圆截面弹体侵深提高的原因。     

高速侵彻混凝土弹体头部侵蚀终点效应实验研究

采用高速弹道炮发射、弹体飞行姿态观测、弹体回收等技术,分别进行了不同结构、不同材料弹体高速侵彻石灰石骨料、石英石骨料两种混凝土靶实验研究。结果表明,在高速侵彻的情况下,弹体质量损失量与其初动量之间存在与弹体材料强度相关的近似线性关系,弹体初速度越高、弹体材料强度越低,弹体头部侵蚀越严重,质量损失量越高。伴随着头部侵蚀的是弹体结构的破坏、侵彻深度的降低。相比于侵彻深度转变前的弹体,转变后的弹体发生了严重变形和长度的缩短,呈现出“可变形/头部侵蚀”弹体侵彻特征。与石灰石混凝土相比,侵彻石英石混凝土的弹体侵蚀更为严重,头部轮廓变化明显。最后阐述了弹体头部侵蚀与混凝土骨料的切削作用关系。     

带直槽弹体对混凝土靶体的侵彻机理分析

文中就一种新型结构弹体即带排屑槽的弹体,基于球形膨胀及动能守恒理论,建立了带槽弹体垂直侵彻混凝土靶的动力学方程,并研究了带槽弹体和混凝土相互作用规律,对比了带槽弹体与普通弹体对混凝土靶的相互作用,通过理论分析计算,得出在600~1 000 m/s的速度范围内,带槽弹体侵彻效果优于无槽弹体,且与弹体预制刻槽数成正比。文中研究结果可为新型侵彻战斗部的设计提供参考依据。     

弹体高速侵彻两种强度混凝土靶的对比研究

随着武器系统打击能力的不断提升,高强度混凝土被越来越多地应用到防护设施中。为研究弹体侵彻高强度混凝土的现象和规律,进行了弹体高速侵彻C60高强度混凝土的试验,并与已开展的弹体高速侵彻C35普通强度混凝土试验结果进行对比。采用基于空腔膨胀理论的计算方法、经验侵彻公式法和节点回退法等方法对两组试验中的弹体侵彻深度、弹体侵蚀进行了分析。计算和试验结果表明：相比于弹体侵彻C35混凝土试验,相同速度下侵彻C60混凝土弹体的过载约为其1.8倍,侵彻深度为其52%;C60混凝土靶表面破坏更大,表明随着强度的提高混凝土脆性变大;在骨料切削影响条件相同情况下,侵彻C60混凝土弹体的侵蚀更大,表明高强度混凝土的砂浆对弹体侵蚀作用变大。     

带攻角弹体斜侵彻混凝土深度计算公式对比分析

为了分析经典侵彻深度经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土靶的适用性,介绍了目前应用较广且精度较高的混凝土侵彻深度计算经验公式,并以152 mm一级轻气炮为试验平台,通过弹体攻角、倾角联合侵彻C30素混凝土靶的试验加载测试系统进行试验研究,测得了弹体着靶速度、开坑尺寸和侵彻深度。并应用各经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土目标的侵彻深度进行了计算和对比,分析了不同经验公式计算值与实测值之间的差异。试验研究表明,对于带攻角弹体斜侵彻混凝土的侵深经验公式中,ACE公式和Forrestal公式计算侵彻深度与实测侵深最为接近,相对误差均未超过10%,满足工程计算需求。     

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用 LS-DYNA 显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明：根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现“J”弹道。     

低速弹体贯穿钢筋混凝土多层靶的破坏特性

为获取大尺寸弹体对4层钢筋混凝土薄靶的贯穿破坏特性,开展了实验与仿真研究。以300 mm口径平衡炮作为发射平台,驱动280 kg截卵形弹体以337 m/s低速正贯穿4层抗压强度为41.8 MPa的钢筋混凝土薄靶,发现靶板破坏区域由锥形前坑区和后坑区组成。在此基础上建立了弹体正贯穿钢筋混凝土薄靶的破坏模型,并对破坏特性相关因素进行了分析。建立了有限元数值仿真模型,采用有限元分析软件LS-DYNA对整个贯穿过程进行了计算。将数值仿真结果与实验结果进行了对比,结果表明：速度及动能消耗最大误差分别为0.82%和6.21%,一致性较好;建立的数值仿真模型可用于弹体对多层靶侵彻能力的预估。     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。     

抗侵彻过载战斗部装药安定性实验研究

以钻地战斗部装药安定性研究为背景,在130 mm轻气炮上进行模拟装药实验,采用逆弹道实验方法;混凝土靶撞击缩比弹;PVDF传感器测试模拟装药中的应力波;结合数值计算结果初步评测缩比弹装药安定性。再采用简易平衡炮为发射载体,进行大尺寸弹丸真实装药侵彻安定性实验,证明装药安定。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

一种新型头形弹体侵彻混凝土的试验研究

在调研和借鉴国内外相关文献资料的基础上,文中提出一种带小圆柱体头形的新型头形弹体结构,并通过火炮试验对不同头形参数的新型头形弹体在不同侵彻速度条件下对两种靶体强度(9MPa和28.4MPa)的混凝土靶的侵彻性能开展研究,探索新型头形弹体的侵彻机理,初步建立了理论分析模型,并对比了理论分析结果和试验数据,研究表明,新型头形弹体在一定头形结构参数条件下的侵彻性能优于常规卵形头形弹体.