高速动能弹侵彻钢板加速度测试技术研究

通过理论分析、计算机模拟。研究了弹体高速侵彻钢板时，弹体中应力波的传播规律，以及弹载测试仪器在引力波作用下的失效机理；研究了外部缓冲理论，包括缓冲材料选择、缓冲器件设计等。采用文中的研究结论．对高g值下的弹载测试仪器进行了抗高冲击设计，并进行了多次现场实验的验证。通过试验可以看出，利用不同密度、不同孔径的缓冲材料对电路模块可以进行有效地保护，极大地提高了弹体高速侵彻硬目标过程中的数据捕获率。     

易碎穿甲弹材料性能研究

为研究弹体材料性能对易碎穿甲弹破碎特性的影响,采用AUTODYN有限元软件,模拟了不同材料性能弹体对有限厚靶的作用过程,并根据斜侵彻有限厚靶过程中弹体发生折断现象的物理模型,分析了材料性能对折断现象的影响规律。结果表明：在一定范围内,弹体的破碎特性随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小而提高;在大角度斜侵彻过程中,随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小,弹体易于发生折断现象。     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。     

基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法

针对多层侵彻过载粘连信号成分复杂、信号处理方法从中提取穿层特征压力大的问题,提出基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法。该方法采用灌封硅橡胶+纳米SiO_2颗粒制备的材料填充至引信壳体内侧,能够将弹体高速侵彻多层硬目标过程中激发的应力波快速衰减,避免了应力波沿着弹体多次重复叠加造成侵彻过载的层间粘连,从而凸现侵彻过载的目标层特征。试验验证表明,同一发弹内采用该材料缓冲测得的侵彻过载层特征较未采用该材料缓冲的侵彻过载层特征明显。     

降低终点弹道偏转效应弹体结构设计

针对弹体侵彻过程中弹道偏转现象,开展了降低弹体弹道偏转效应研究.设计了一种锥形结构实验弹体,对其侵彻混凝土靶板过程中受力情况进行了分析,锥形结构弹体侧壁力矩有助于降低弹体侵彻过程的弹道偏转程度;采用130 mm轻气炮开展了锥形实验弹体侵彻混凝土靶板实验,并与普通直杆形弹体侵彻结果进行了对比.实验结果表明,锥形弹体侵彻弹道的偏转程度小于普通直杆形弹体,锥形弹体在斜侵彻以及高速侵彻厚目标情况下,将有更好的侵彻性能.     

不同头部形状长杆弹侵彻过程的数值模拟

采用数值模拟技术研究了4种不同头部形状长杆弹体侵彻半无限厚轧制均质装甲(RHA)靶板的过程,重点考察弹体头部结构对侵彻过程的影响。结果表明：当靶板为高强度材料时,在相同的条件下,长杆弹体的侵彻深度是由弹体材料的失效机制决定,弹体头部形状对其影响较小;但长杆弹体头部的轮廓在撞击初始阶段对靶板的破坏有一定的影响,尤其是靶板开坑截面的大小。     

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

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。     

动能弹高速侵彻钢筋混凝土靶时弹丸头部质量侵蚀微观机理

动能弹在高速侵彻混凝土过程中会发生明显的质量侵蚀现象，并因此严重影响其侵彻性能。为进一步研究弹体在侵彻过程中发生侵蚀现象的内在机理，开展多组弹体高速侵彻钢筋混凝土靶的侵彻实验。采取线切割技术方法，用回收的剩余弹体头部制备微观观测实验试样。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对剩余弹体表面多个观测点的微观形貌进行系统观测。结果表明：剩余弹体表面存在一层明显的热影响区；弹体表面材料存在大量相互平行的长距离犁沟；在弹体尖端观测到少量微裂纹，对弹体尖端的质量损失有一定贡献但影响范围有限；弹体侵蚀现象并非单一机制造成，而是一个多机制共同作用、相互影响的复杂过程。     

缩比件弹体侵彻混凝土过程相似律研究

在模拟实验条件下 ,研究了不同缩比件钨合金弹体侵彻混凝土过程的相似性。结果表明 ,钨合金弹体侵彻混凝土靶体时 ,在高速区侵彻深度与弹速间存在线性关系 ;弹体直径较大时 ,可以把不同直径弹体侵彻过程受到的平均压力看作相等 ,并且侵彻过程存在几何相似性     

钨合金壳体侵彻混凝土靶板过程壳体应变的实验测试

通过自行设计的弹载存储测试系统,进行了钨合金壳体垂直侵彻混凝土靶板的实验,获得了钨合金壳体危险截面处的应变-时间历程.实验结果表明:在侵彻混凝土目标的过程中,钨合金壳体受到了动态压缩和动态拉伸载荷的反复作用,壳体能够很好地保持结构的完整性;同时,实验研究获得的钨合金壳体危险截面处应变-时间历程曲线,既可以为壳体设计提供理论支撑,又为钨合金壳体侵彻混凝土靶板的侵彻模型和数值仿真建立了验证标准.     

半穿甲弹侵彻过程中壳体强度的数值分析

采用显式动力分析软件ANSYS/LSDYNA3D,对半穿甲子弹正侵彻中厚钢板进行了数值仿真.通过对子弹侵彻能力和壳体结构强度的计算分析,得出了子弹的适宜速度范围.计算结果对于子弹结构优化设计具有一定的参考价值.     

影响测量侵彻过程减加速度因素的探索

将93钨合金材料制成模拟弹体,用37mm口径火炮发射, 打击603装甲钢,进行穿深实验,研究弹体结构、弹速、靶板状态对壳体状态的影响.结果发现,当弹速在400 m/s以上时,弹体在侵彻过程中均发生破碎,这表明,在这种实验条件下,不能采用弹内装动态参数存储计的方法测量侵彻过程中的减加速度.     

手枪弹对带软防护的明胶靶标侵彻机理与实验研究

为揭示杀伤元与有防护目标的相互作用机理,基于弹头侵彻防护特点,分析手枪弹侵彻时软防护破坏形式。结合高应变率下超高分子量聚乙烯纤维本构模型,并引入明胶弹性模型,建立手枪弹侵彻带软防护的明胶靶标运动模型。选取9 mm全铜弹（均一硬质结构）和92式5.8 mm手枪弹（钢芯铅柱被甲结构）为杀伤元,对运动模型进行数值计算和实验验证。结果表明,该运动模型能够准确描述手枪弹侵彻带防护的明胶靶标运动过程,可为有防护目标杀伤机理和防护性能研究提供理论参考。     

弹丸头部对斜侵彻弹道偏转影响研究

通过对不同头部形状与组合材料的弹头对中厚钢靶的斜侵彻弹道对比研究,获得了尖卵形、截卵形与内凹截卵形,以及不同截卵位置、弹头长度和头部组合材料弹头对斜侵彻中弹道偏转的影响规律和侵彻过程中受到偏转力矩的变化规律。计算结果表明:截卵形弹弹道偏离角小,抗弹道姿态劣化的能力强,侵彻弹道相对稳定性好;弹头前端复合高密度、高硬度钨合金材料的弹丸侵彻能力强,弹道偏离角小。基于弹道侵彻过程偏转力矩与偏转角的时空演化特点,获得斜侵彻弹道偏转关联性。通过正交试验得到了影响弹道偏离角由大到小的因素分别为:弹头形状、弹头材料和弹速。研究结果可为低速弹丸与金属靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。     

侵彻战斗部头部惰性体结构设计研究

为了研究侵彻战斗部头部惰性体结构设计原则,应用应力波理论,分析了侵彻战斗部撞击靶标过程中应力波从壳体到头部惰性体再到主装药的传播过程,建立了应力波传播的数学计算模型;应用大落锤试验平台,针对不同厚度、不同结构的惰性体开展了应力波传播试验研究,对比分析了试验结果和计算结果,验证了模型的合理性。依据数学计算模型,总结得出惰性体两端面的结构尺寸对应力波强度的变化影响较大,且按照e-2(D-d)/D的规律进行变化,而惰性体的厚度在10~50mm范围内变化时对应力波强度没有直接影响。     

枪弹穿甲后效破片对典型防弹衣侵彻毁伤特性试验研究

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯（PE）复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效破片对防弹衣的侵彻毁伤效果。研究结果表明：枪弹穿甲后效破片的质量分布范围较大,后效破片在距离防护钢板1.4 m处的散布半径为21.3 cm;枪弹穿甲形成的不规则后效破片对PE防弹衣各纤维层的破坏模式以剪切破坏为主,纤维材料在发生剪切破坏的同时,伴有纤维材料的熔融、灼烧破坏;在后效破片密集作用区,各侵彻孔间的边界相互交叉产生撕裂破坏,形成了相互连通的大破口,且大破口周围产生纤维撕裂扩展,能够加剧破坏程度。     

陶瓷预制破片侵彻特性研究

为了研究陶瓷破片对有生力量的毁伤效能及在爆炸作用下的侵彻特性,以破片垂直侵彻靶板的实验为基础,采用LS-Dyna程序,对陶瓷破片以四种不同初速垂直侵彻松木靶进行了三维数值模拟.根据模拟结果,分析了侵彻过程各个阶段的物理现象和弹靶作用特征;绘制了不同侵彻初速对侵彻结果的影响曲线,可以为陶瓷破片在不同初速下的毁伤效能研究提供参考依据.结果表明,陶瓷破片在炸药爆炸冲击波作用下,其强度性能满足使用要求;三维数值模拟方法能够揭示陶瓷球垂直侵彻靶板的细节和初速对侵彻结果的影响情况,与实验结果吻合.