结构参数对截锥弹低速正侵彻装甲靶的影响

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对截锥形动能弹低速正侵彻装甲靶作用行为进行了分析,获得了弹头锥角、前级半径和着靶速度对侵彻性能的影响特性,并对目前常用的侵彻理论模型进行了验证。数值模拟结果表明,弹头锥角和前级半径是影响截锥形动能弹侵彻性能的重要因素;着靶速度对侵彻深度和侵彻过载有显著影响,对弹体变形也有一定影响。实验结果与数值模拟结果吻合较好,而侵彻理论模型与实验结果有较大差别,侵彻模型并不适合分析存在一定变形的弹靶侵彻问题。     

SiC/Al双连通复合装甲材料抗侵彻性能宏–微观跨尺度模拟

SiC/Al双连通复合装甲材料所具有的复杂三维微结构特征对其宏观抗侵彻性能具有重要影响。本文建立了从宏观靶试模型中SiC/Al靶板的典型微区提取动态边界条件,并作用于相应微观组织模型的跨尺度数值模拟方法,研究了SiC/Al靶板在抗侵彻过程中不同典型局部微区内的动态微结构损伤及失效过程。研究表明:在弹着点正下方位置,多个裂纹源萌生于两相界面处靠近陶瓷相一侧,随后沿与弹道平行的方向扩展并形成轴向主裂纹;在与弹体轴线呈45°位置,裂纹除了在靠近界面处的陶瓷相一侧萌生外,在陶瓷相内部也出现了与弹道方向垂直的多条水平裂纹,界面裂纹与水平裂纹进一步扩展并桥连成多个锥形主裂纹。相关模拟方法为将来该类材料的微结构优化提供了一种新的技术途径。     

2A12铝合金薄板对卵形头弹抗冲击性能研究

利用轻气炮撞击实验研究卵形弹丸冲击总厚度相等的2A12铝合金单层板和双层板,分析靶板分层和板间间隙对靶板失效模式以及抗冲击性能的影响,通过高速相机图片获取弹体速度数据。实验结果表明,单层板的弹道极限高于双层板的弹道极限,包括间隙式和接触式,并且接触式双层板的弹道极限高于间隙式双层板。随着弹体初始速度增加,靶体结构对其抗侵彻性能的影响随之减小。此外,利用Abaqus软件建立了数值模拟模型对实验工况进行了计算,将数值模拟和实验结果进行了对比,两者之间存在较好的一致性,这也表明数值模拟能够有效地测靶体的弹道极限。     

间隙对A3钢薄板抗卵形头弹侵彻性能影响的实验研究

为了分析板间间隙大小对双层板失效模式以及抗侵彻性能的影响,本文利用轻气炮进行了卵形杆弹正撞击单层板和等厚双层板的实验研究,得到了各种结构靶体的初始-剩余速度曲线和弹道极限速度。实验表明,对于卵形弹,单层板的弹道极限高于双层板的弹道极限,包括接触式和间隙式。当总厚度一定时,多层板的弹道极限随分层数目的增加而减小。此外,间隙大小对间隙式双层板的抗侵彻性能影响小,并且随着弹体初始速度的增加而减小。     

ERA对长杆穿甲弹减速作用的数值模拟

为了研究爆炸反应装甲(ERA)对长杆式钨钢穿甲弹的减速作用,以英国尾翼稳定脱壳穿甲弹L23A1为背景,利用LS-DYNA有限元软件设计了长杆穿甲弹模型,并建立长杆式穿甲弹以不同速度和攻角侵彻爆炸反应装甲的数值模型,对不同工况下侵彻全过程和穿甲弹弹体各部位速度进行了分析.结果表明:爆炸反应装甲对长杆型穿甲弹具有明显的减速作用,且与穿甲弹轴线和反应装甲法线所夹攻角有关,攻角越大,减速作用越好,爆炸反应装甲的防护性能越强;弹体在侵彻过程中所受减速作用具有滞后性,距离弹头越远减速开始的时间越滞后,并由此设计了一种具有两级弹头的新型对爆炸反应装甲穿甲弹,为反装甲武器系统设计者在弹体结构优化方面提供有益的借鉴与参考.     

陶瓷金属复合靶板工程模型及耗能分析

基于实验和数值模拟,将穿甲子弹侵彻陶瓷金属复合靶板的过程分为两个阶段,分别计算弹体侵彻陶瓷面板的动能损失、粘结层及金属背板的耗能,建立了计算弹道极限的工程分析模型,其结果与实验吻合较好。基于所建立的工程模型,分析了复合靶板各组分对其抗弹性能的影响。结果表明,陶瓷/金属复合靶板的耗能机制主要是背板耗能和弹丸质量损失耗能,分别约占初始动能的60%―95%和5%―40%。     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲。其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹。运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究。通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因。经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符。     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲.其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹.运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究.通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因.经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符.     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲。其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹。运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究。通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因。经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符。     

7A04-T6高强铝合金板对平头杆弹抗侵彻行为的试验与数值模拟研究

为了解高强铝合金对动能杆的抗侵彻性能,在一级轻气炮上开展了直径5.98 mm的平头刚性弹侵彻6mm厚7A04-T6铝合金靶板的打靶试验,撞击速度范围为73.9~446.5 m/s。获得了弹体贯穿靶板后的剩余速度以及靶板的断裂行为,通过拟合初始-剩余速度数据得到了弹道极限。同时,在ABAQUS/Explicit中建立了三维有限元模型对打靶试验进行了数值计算,7A04-T6的力学行为通过Johnson-Cook本构模型和修正的Johnson-Cook断裂准则描述。试验结果表明,7A04-T6高强铝合金靶板在平头弹撞击下发生剪切冲塞,塞块表面有明显裂纹产生,弹道极限为156.0 m/s,剪切冲塞可在撞击速度不低于约0.90倍弹道极限时形成。数值仿真发现,有限元计算可成功再现靶板的剪切冲塞及冲塞表面的断裂;预报的弹道极限为168.8 m/s,比试验结果高约9%;撞击速度不低于0.92倍弹道极限时靶板发生剪切冲塞破坏,与试验结果十分接近。     

考虑攻角的长杆弹斜穿透中厚铝靶机理

攻角对长杆弹斜侵彻有重要影响,该文通过大量数值模拟研究了攻角对长杆弹斜穿透中厚铝板的影响机理。基于实验验证的有限元模型,开展了变速度和攻角的多工况数值模拟,得到了侵彻过程中弹体的减加速度大小、速度方向以及整体弯曲的变化规律,分析了侵彻速度、倾角和攻角对侵彻阻力、弹体弯曲和弹道偏转的影响。结果表明:带攻角斜侵彻时,负攻角对弹体弯曲的影响明显大于正攻角,且弹体弯曲随着侵彻速度的增大而减小;随着斜侵彻速度的增大,攻角引起弹体甩尾和弹道偏转越明显,此时带攻角的斜侵彻过程的能量损耗机理明显不同于正侵彻和无攻角的斜侵彻。     

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。     

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．     

破片着靶点位置对拼接的UHMWPE板抗侵彻性能影响数值研究

UHMWPE板抗侵彻性能优异但在实际使用过程中需切割成一定尺寸后再拼接安装,半穿甲导弹内爆后形成的高速破片侵彻UHMWPE板时弹着点位置具有随机性。利用数值仿真方法研究破片着靶点位置、破片速度、破片长径比对拼接的UHMWPE板抗侵彻性能的影响。结果表明:破片开始侵彻UHMWPE板时,UHMWPE板在弯矩和剪应力共同作用下出现纤维剪切破坏;随着破片继续侵彻,UHMWPE板主要受到弯矩作用发生纤维拉伸断裂破坏并伴随有严重的分层现象;当破片侵彻两块拼接的UHMWPE板速度较低(小于1 000 m/s)时,拼接的UHMWPE板存在明显的抗弹薄弱区,薄弱区域的范围大约为3倍的弹径;当破片侵彻四块拼接板时,可将靶板划分为薄弱,次薄弱及正常区域。考虑到半穿甲导弹产生破片的大小和安装工艺的方便性,认为UHMWPE板拼接安装时,拼接缝两侧10 cm范围内作为抗弹薄弱区域,需要加固。     

分层对TC4钛合金板抗平头弹撞击失效特性的影响

使用Abaqus/Explicit有限元分析软件,开展平头弹撞击不同厚度双层TC4钛合金板数值模拟,研究双层TC4钛合金板撞击失效特性与失效模式随厚度变化规律及机理。通过对比撞击试验与仿真结果,验证数值模型和参数的有效性。在此基础上与等厚度单层TC4钛合金板的抗侵彻性能进行对比,结果表明,对于12.68 mm直径的平头弹,在靶板厚度2~16 mm内,双层结构的弹道极限与总厚度近似呈线性关系。由于单层靶板在4~10 mm内随着厚度增加,弹道极限无明显变化,所以等厚接触式双层结构在该厚度范围相比单层靶有明显的优势。在总厚度为8 mm时,双层靶优势最为明显,弹道极限相比单层靶提高了43%左右。     

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。     

平头弹正侵彻单层和多层钢靶的SPH模拟和解析分析

建立了平头弹正侵彻Weldox 460 E钢靶的SPH模型,通过实验数据对模型进行了验证。应用验证的SPH模型模拟了2~12 mm厚单层靶的侵彻过程,建立了弹道极限速度与靶板厚度关系的经验公式;开展了平头弹正侵彻多层靶的数值模拟,分析了靶板的层数、总厚度、厚度组合对其抗侵彻性能的影响。基于单层靶弹道极限速度的经验公式,得到了预测多层靶的弹道极限速度的解析模型。将解析模型的弹道极限速度计算结果与SPH的模拟结果进行了比较,结果表明两者比较接近,相对误差基本都在10%以内。     

Q235钢单层板对平头刚性弹抗穿甲特性研究

采用撞击实验和理论模型对单层金属板的抗侵彻性能进行了研究,分析了靶体厚度对抗侵彻性能的影响。通过对比撞击实验和理论模型计算结果,验证了理论模型和参数的有效性。结果表明,采用合适的理论模型能够有效地预测靶板在弹体撞击下的弹道极限。此外,分析了靶体在弹体撞击下的塑性变形总耗能,包括靶板局部变形和整体变形的耗能,同时考虑了靶体材料的应变率效应。在平头弹撞击厚靶的工况中,引入了一个修正函数对靶体厚度进行修正。     

空心钨球侵彻性能的研究

利用LS-DYNA软件对现有93W球型破片侵彻装甲钢试验结果进行符合计算,对93W合金材料参数进行标定,基于上述数值模拟与试验结果的一致性,进一步研究了93W空心钨球对装甲钢的毁伤效能。研究发现:空心钨球的弹道极限随靶板厚度的增加而增加,且弹道极限随空心钨球孔腔直径的增加呈近似指数型增加,对靶板的开孔直径也逐渐增加;动能一定的条件下,空心钨球余速、剩余动能随孔腔半径的增加呈现先增加后减小的趋势。结果表明:合理选择孔腔直径的空心钨球,可实现余速与开孔兼顾的威力要求。     

弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究

针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题,将弹体的墩粗变形、陶瓷面板碎裂及陶瓷锥的形成变化和金属背板的变形结合起来,建立了可变形弹体垂直侵彻陶瓷/金属靶板的理论分析模型。利用大型非线性有限元程序LS-DYNA3D,对平头弹侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题进行数值模拟,得到了陶瓷/金属复合靶板受弹体侵彻的变形过程。最后给出了典型位置的位移随时间的变化曲线,理论模型分析结果和数值模拟结果与实验结果进行了对比,吻合很好。说明理论分析模型的正确性和数值模拟结果的可靠性,可以为复合靶板的设计提供有利依据。