刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板耗能分析

本文分析了刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板的过程和耗能机理,由能量守恒建立了刚性尖头弹垂直入射金属薄靶板花瓣型穿孔最小穿透能量的无量纲表达式.基于铝合金及纯铝靶板弹道极限试验数据,得到一个计算金属靶板花瓣型穿孔弹道极限速度的半理论半经验公式,并与低碳钢靶板弹道极限试验数据进行了比较,计算结果与试验吻合较好.分析讨论了弹体初始速度对剩余速度和靶板耗能的影响.     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

混凝土靶板冲塞型穿孔模型研究

研究了刚性弹垂直撞击混凝土靶板的冲塞穿孔模式、耗能机理、弹道极限及剩余速度.应用空腔膨胀理论导出1、2阶段的耗能,应用断裂力学理论、动量和能量守恒求得第3阶段冲塞耗能,由3阶段总的耗能最小确定塞块厚度,从而得到弹道极限、剩余速度解析式.与现有理论模型结果和弹道试验数据比较表明,文中公式的计算结果与试验结果吻合较好.     

卵形头部弹侵彻单多层混凝土靶板有限元仿真

单多层混凝土靶板已被广泛用于军用防护领域,为研究其抗侵彻性能,利用有限元程序LS-DYNA,对卵形弹以360～1 058 m/s的速度侵彻单多层混凝土靶板进行了数值计算,比较计算与试验下的弹丸剩余速度,讨论混凝土靶板的破坏现象,分析弹丸对单多层混凝土靶板的侵彻规律及靶板厚度对弹丸过载特性的影响.计算结果与试验结果相吻合,表明所建立的弹丸侵彻混凝土模型是有效的.     

离散元模拟钢筋混凝土靶板贯穿响应研究

提出了圆截面梁单元高斯积分点分布方案以及一种钢筋-基体接触作用模型,基于LDPM离散单元建立了钢筋混凝土侵彻数值计算模型。模拟刚性弹贯穿48 MPa和140 MPa压缩强度的钢筋混凝土靶板,通过对比弹体剩余速度和靶板破坏形态,验证了模型对于钢筋混凝土贯穿问题的适用性。仿真结果表明,140 MPa强度混凝土靶板内钢筋对于弹体作用更强,对于出靶剩余速度影响更大。对比不同弹着点和钢筋尺寸的贯穿仿真,弹着点在一根钢筋位置和两根钢筋交叉处,出靶速度分别降低了约12 m/s和45 m/s;弹着点位置在钢筋交叉处时,通过增大钢筋尺寸提高配筋率能够明显降低贯穿剩余速度。     

杆式弹丸贯穿金属靶板数值模拟及影响因素研究

采用显式动力有限元程序对T．BCrvik等做的半球形头部杆式弹丸贯穿12mm厚钢靶板实验进行了二维数值模拟，得到了侵彻贯穿过程中的主要物理图象和曲线。计算结果表明，贯穿过程中的主要物理数据与实验测量结果基本一致。在此模拟基础上分析了弹丸长细比、弹丸材料、靶板厚度等因素对靶板塑性弯曲响应和穿靶后弹丸剩余速度等的影响，从而为优化弹丸、靶板设计提供参考。     

钢筋混凝土靶厚度影响PELE侵彻效果的数值分析

为研究钢筋混凝土靶厚度对横向效应弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)侵彻效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA3D软件,对PELE侵彻破坏不同厚度的钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)靶进行了数值计算。计算结果表明:利用质量和结构都相同的PELE以800 m·s-1的速度垂直撞击混凝土靶板,PELE可最大穿透80 cm厚的靶板,在该范围内,靶板由薄变厚时,弹体破碎愈加严重,弹体剩余轴向速度逐渐降低;对靶的侵彻随靶厚的增加,靶破坏效应先增强,然后减弱;当靶厚超过80 cm时,弹体的动能全部消耗于侵彻过程中。为验证仿真结果,进行了实弹实验,实验结果也表明:对靶的侵彻随靶厚的增加,破坏效应先增强,然后减弱,35 cm厚的靶板破坏最严重;验证了模拟结果的正确性和可靠性。     

钨合金弹侵彻圆柱壳靶板的数值模拟

利用ANSYS／LS—DYNA有限元软件,通过数值计算模拟了反导舰炮系统的钨合金弹侵彻反舰导弹的战斗部壳体的过程,分别计算了钨合金弹以不同的速度侵彻圆柱壳靶板的不同位置时子弹的剩余速度和剩余动能,并对钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板进行了比较。计算结果表明,子弹的侵彻位置对剩余速度和剩余动能影响很大,钨合金弹侵彻相同厚度的圆柱壳靶板和平板靶板的过程规律相似,只是在数值上有很小的差别。     

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。     

钨球侵彻薄靶板的实验研究

通过钨球对薄装甲钢板垂直侵彻试验，发现在极限穿透条件下靶板的破坏模式为开坑和冲塞，且钨球变形程度较大。运用能量守恒原理，建立了极限穿透速度与钨球变形关系式，对钨球在侵彻过程中作刚性假设引起的极限穿透速度计算误差进行了估算，并对侵彻过程中开坑耗能与冲塞耗能也进行了估算。结果表明，开坑耗能与冲塞耗能比值并非常量，而随靶板相对厚度变化。     

剩余速度与靶板厚度关系的研究

采用改变靶板厚度的方法 ,测量了约在相同速度的条件下钨合金 10 5模拟穿甲弹侵彻不同厚度 4 5 # 钢板后的剩余速度。实验结果表明 ,随着靶板厚度的增加 ,穿过靶板弹体的剩余速度呈缓慢下降趋势 ;弹孔直径增加 ,随后保持不变 ;测量弹体剩余速度实验中得到的弹体最大穿深 ,大于相同实验条件下弹体在整体靶板中的最大穿深     

动能弹侵彻混凝土靶结构的等效研究

针对目前弹体侵彻试验中混凝土靶体积大且成本高的问题,对混凝土靶结构进行了等效研究。利用三维计算软件程序模拟了动能弹对混凝土靶板的垂直侵彻过程。研究发现,Ma为2左右,靶弹直径比大于等于30的混凝土靶等效为半无限靶。进一步对不同靶弹直径比的靶板施加不同厚度的钢箍进行计算。结果表明,有钢箍的混凝土靶能减小边界效应对弹丸侵彻性能的影响,并得到了各个速度段钢箍厚度与靶弹直径比的定量关系,增加不同厚度的钢箍来等效半无限靶可达到减小靶体径向尺寸的目的,对降低试验成本具有重要的意义。     

中等厚度金属靶板的三阶段贯穿模型

研究了刚性尖头弹侵彻贯穿中等厚度金属靶板问题。考虑靶板背表面开裂的影响,在有限厚度金属靶板两阶段侵彻模型的基础上,引入开裂侵彻深度概念,提出一个三阶段侵彻贯穿模型。基于不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀理论和等效拉伸应变断裂准则,得到弹头表面径向压力、开裂侵彻深度的解析解和弹头侵彻阻力的数值解,由Runge-Kutta法求解弹体运动微分方程,得到极限速度、剩余速度的数值解。与小截锥刚性锥头弹侵彻铝合金靶板弹道试验数据比较,本文模型计算结果与试验吻合很好。计算表明,弹头长度和靶板厚度对侵彻阻力的影响十分明显。     

立方体破片对LY-12cz薄靶板的侵彻机理

对高速立方体破片与飞机硬铝薄靶板的遭遇打击情况进行了模拟计算分析,得到了破片以不同的入射速度和攻角高速打击靶板时,靶板上的损伤情况以及破片的剩余速度、剩余质量、塞块质量以及塑性变形区域等随破片入射速度与攻角的变化规律,可用于分析破片的破坏能力及飞机结构的防护能力。     

靶板厚度对12.7 mm穿燃弹剩余速度和断裂特性的影响

为了获得12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi钢板的剩余速度和断裂特性,开展了12.7 mm穿燃弹侵彻不同厚度30CrMnSi靶板的试验研究,分别利用激光测速和测速靶测量了弹心穿靶前后的速度,通过改变靶厚获得了12.7mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的极限穿深。然后使用LS-DYNA动力学软件,利用FEM网格与SPH粒子相结合的数值模拟方法对12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi靶板的过程进行了仿真计算。最后利用穿甲力学理论对穿燃弹的侵彻深度、剩余速度和不同厚度靶板的弹道极限进行了理论计算。结果表明：弹心剩余长度随着靶板厚度的增加而增加,弹心的侵蚀区域由弹身部位逐渐向弹尾移动,弹性区域逐渐扩大,并且随着靶板厚度的增加,靶板的弹道极限也随之增加,弹心侵彻靶板后的剩余速度逐渐降低,根据理论计算,12.7 mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的理论侵彻深度约为27.7 mm,与试验结果相符。     

均质靶板和加筋靶板抗弹性能的数值模拟研究

以舰船结构为目标,运用 ANSYS ／LS-DYNA,用截卵形弹丸对均质靶板和加筋靶板侵彻进行数值模拟研究,分析靶板的破坏情况、弹丸的剩余速度、弹丸的变形情况以及弹道的偏转,结果表明数值模拟是可行的,并建立卵形弹丸模型采用上述的 J-C 模型对与上述同样的均质靶板和加筋靶板进行穿甲进行数值模拟,研究靶板的破坏情况、弹丸的剩余速度、弹丸变形以及弹道偏转情况,并运用理论计算公式计算弹丸的剩余速度与之相比较,证明卵形弹丸的数值模拟是正确的。     

多角度高速侵彻金属靶的有限元模拟和实验研究

为研究轻装甲车辆对高速弹丸的侵彻性能,建立尖头弹多角度高速撞击金属靶板的侵彻有限元模型,对弹靶侵彻过程和靶板破坏形式进行分析计算,搭建高速运动分析实验系统,对弹靶侵彻模型进行验证。研究表明:模型结果与实验数据二者吻合较好;有限元模型和实验输出的剩余速度误差不大于5%,模拟的破坏形貌与实验结果较吻合;在一定入射角范围内,弹丸入射角度越大,厚度越大,靶板吸收能量越多。     

弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶姿态变化实验和理论研究

为研究弹体斜侵彻薄混凝土靶的姿态变化规律,进行了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶过程的弹道变化参数。在弹体斜侵彻贯穿混凝土靶理论模型的基础上,推导得到了改进的弹体斜侵彻薄混凝土靶终点弹道理论计算模型。用改进模型计算得到的弹体过靶后剩余速度和姿态变化角度与实验结果吻合较好。     

弹丸低速贯穿纤维与金属组合薄靶板的试验研究

为研究半穿甲战斗部动能侵彻下舰船舷侧复合装甲结构的抗穿甲机理,以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,采用低速弹道冲击试验,研究了结构的典型破坏模式和吸能机理,分析了前置复合装甲板的面密度对组合结构靶板整体抗穿甲性能的影响。在此基础上,根据靶板的破坏模式,得到了球头弹丸低速贯穿组合靶板的剩余速度预测公式。结果表明,组合靶板在弹丸低速冲击下主要呈现局部破坏,前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,迎弹面存在少量的纤维剪切断裂,而钢质背板则主要呈现花瓣开裂破坏;组合靶板的整体抗弹性能随前置复合装甲板面密度的增加而提高;将理论预测剩余速度值与实验结果进行了比较,二者吻合较好。     

刚性尖头弹垂直撞击金属靶板耗能分析

将靶板塑性变形耗能分为整体和局部耗能2部分,利用2阶段延性扩孔模型计算局部耗能,根据量纲分析和相似原理,由搜集到的弹道试验数据拟合求得整体变形耗能,得到板厚弹径比大于0.5时金属靶板最小穿透能量和剩余速度计算公式.与金属装甲弹道试验及现有分析模型比较表明,本文公式精度较高.