刚性尖头弹侵彻有限厚度金属靶板分析模型

研究了刚性尖头弹以弹速或亚弹速垂直撞击有限厚度塑性金属靶板的侵彻问题。考虑靶板背表面自由边界的影响,建立并求解不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀模型,得到弹头表面径向压力的解析解。引入临界侵彻深度和临界撞击速度概念,提出一个两阶段侵彻模型。基于有限球形空腔膨胀模型,得到临界侵彻深度的解析解和弹体运动微分方程;用Runge- Kutta法求解微分方程,得到侵彻深度和临界撞击速度的数值解。与装甲钢靶板弹道试验数据比较,表明本文理论模型与试验吻合很好。     

多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻试验及数值模拟

为研究结构形式及泡沫铝夹芯对多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻性能的影响,根据DOP试验方法,利用14. 5 mm穿甲弹对4种不同结构多层异质陶瓷复合靶板进行侵彻试验研究,通过数值仿真对4种结构靶板抗侵彻性能进行模拟,验证模型的正确性,并分析泡沫铝厚度对复合装甲结构抗侵彻性能的影响。结果表明:10 mm陶瓷+10 mm芳纶+6 mm 616装甲钢的防护性能最优,泡沫铝夹芯结构有助于减小陶瓷板损伤面积,提升抗多次打击能力;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;泡沫铝厚度对靶板防护性能影响显著。     

钢合金壳体PELE作用机理研究

PELE采用新颖的作用机理对目标进行毁伤，钢壳体PELE作用机理研究对PELE工程应用具有重要意义。文中首次采用钢合金作为PELE壳体，通过终点效应数值仿真以及该PELE与同口径普通穿甲弹分别对薄钢板的撞击实验，证明了钢壳体PELE撞击薄钢板的作用机理存在撞击镦粗、膨胀侵彻和穿靶爆裂三个关键阶段，弹体在靶后爆裂的破片具有较大的横向飞散速度；该类PELE侵彻薄装甲目标时比同直径常规穿甲弹具有更大的穿孔毁伤和靶后碎片毁伤能力。     

陶瓷复合靶板抗侵彻性能试验及数值研究

为研究叠层复合靶板结构对防护性能的影响机理,对两种不同排布结构的靶板进行侵彻试验及数值模拟研究。根据DOP(depth-of-penetration)实验方法,进行14.5 mm穿甲弹对10 mm厚氧化铝陶瓷+10 mm芳纶板+6 mm 616装甲钢以及10 mm厚氧化铝陶瓷+6 mm 616装甲钢+10 mm芳纶板两种结构靶板的侵彻试验研究,通过数值模拟进一步分析弹丸侵彻不同排布结构的靶板变形破坏过程。结果表明:两种靶板结构中前者防护性能优于后者,其防护系数分别为3.41和3.30;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;芳纶位于陶瓷板及装甲钢之间,有助于缓解二次冲击对陶瓷板的损伤。     

不同材料弹体侵彻混凝土仿真分析

利用非线性有限元软件ANSYS／LS—DYNA进行了Ф80mm弹着靶速度为1500m／s时,材料为钢的弹体对普通混凝土、加钢板混凝土的侵彻仿真和材料为钨合金的弹体对普通混凝土的侵彻仿真,得到了3种模型下弹体的速度曲线和加速度曲线,结果表明：不同弹体与靶板材料对侵彻能力具有较大影响。     

分段式穿甲弹侵彻效能分析

为了最大限度提升穿甲弹在受反应装甲干扰情况下的侵彻效能,对分段式穿甲弹侵彻效应进行研究。使用LS-DYNA软件对分段式穿甲弹受到反应装甲干扰侵彻后效靶的过程进行了数值模拟研究。通过分析不同比例的分段式结构的穿甲弹对后效靶的侵彻效能,发现当前段弹体所占比例为9%～13%时,穿甲弹的剩余质量和剩余速度达到最大,能量损失最小,残余弹体的侵彻能力最大。研究表明:分段式结构能够有效提升穿甲弹受反应装甲干扰时的侵彻效能,进一步削弱反应装甲的影响,对自身的侵彻能力有较大的增益作用。     

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。     

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。     

12.7mm穿燃弹侵彻603装甲钢行为研究

通过弹道枪开展12.7 mm穿燃弹以不同速度垂直侵彻603装甲钢半无限厚靶板的弹道试验，并结合数值仿真计算对侵彻深度、侵彻阻力等进行研究。结果表明：侵彻过程中弹芯为主要侵彻元，表现为刚性侵彻，背甲对侵彻深度的影响可忽略。不同着靶速度的弹芯侵彻阻力随位移的变化规律基本一致，可分为弹芯飞行摩擦阻力阶段、弹芯头部进入靶板阶段、弹芯头部完全进入靶板阶段。通过刚性弹侵彻半无限厚靶板，结合空腔膨胀理论模型对尖卵形弹头进行等效简化，建立了尖卵形刚性弹芯侵彻深度预测公式。根据量纲分析拟合得到了无量纲侵彻深度和无量纲动能的关系式。     

混凝土靶体侵彻不贯穿系数的试验研究

分别制作了6组不同型式的靶体，进行了弹道侵彻试验研究，结合数值计算，确定了钢筋混凝土、钢纤维混凝土和钢纤维钢筋混凝土靶体的侵彻不贯穿系数(Kpp)，以合理确定混凝土靶体的侵彻不贯穿厚度(H);并定量分析了弹体侵彻深度（hp）及靶体背面支撑情况对(Kpp)的影响。研究结果表明，靶体材料及靶体背面支撑相同时，K pp随hp/d（弹径）的增大而减小；靶体背覆钢板对H的减小作用较小（不到5%），而靶体背覆砂土对H的减小作用比较明显（近20%）．     

TC复合弹对多层A3钢靶穿甲效应的试验与仿真

为提高弹丸的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧TC材料,并与制式弹进行对比,采用DOP试验方法,对2种不同结构弹丸侵彻多层A3钢靶的试验结果进行分析研究。运用冲击动力学理论公式,计算TC复合弹和制式弹在冲击接触钢板瞬间的冲击压力并进行对比。重点分析对比弹头结构、材料对多层A3钢靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和TC复合弹对A3钢板的侵彻深度、孔径,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对侵彻过程进行模拟仿真,并与试验结果对比。结合数值模拟的结果,分别从余速和弹芯剩余质量上进一步分析TC复合弹的侵彻能力。结果表明,TC弹头对弹芯的保护效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供了依据。     

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.     

反应装甲对脱壳穿甲弹干扰及引爆机理研究

讨论了反应装甲对脱壳穿甲弹干扰的基本现象，弹杆的变形和断裂，模拟弹姿态变化，侵彻速度和速度损失，反应装甲被穿甲弹引爆机理以及冲击引爆判据等，对研究穿甲弹反“反应装甲”可提供有价值的参考。     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。     

玻璃纤维复合装甲抗侵彻性能数值模拟

为了研究玻璃纤维复合装甲在穿甲弹侵彻下的抗弹性能,根据某型坦克的首上装甲结构特点和其材料的抗弹特性,采用LS-DYNA数值仿真的方法,分析了不同着角下复合装甲的侵彻深度变化以及不同纤维层厚度下弹丸的速度变化、能量损失情况,发现玻璃纤维层厚度为16 mm时,该复合装甲抗弹效果最佳,着角大于20°则无法击穿复合靶板。拟合出侵彻深度随着角的变化曲线; 采用水平等效密度的方法计算出了该装甲的抗弹能力,得出了该装甲的抗弹性能相当于150均质装甲钢,可以为其他装甲结构的设计提供支撑。     

Tc复合弹对陶瓷/A3钢复合靶穿甲效应的试验研究

为提高弹丸对陶瓷复合装甲的侵彻威力,在30 mm制式弹弹头部采用增韧Tc材料,并与制式弹进行对比。采用DOP试验方法,结合冲击动力学理论和陶瓷材料特性,研究了2种不同结构弹丸对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应,重点分析对比弹头材料、结构对陶瓷/A3钢复合靶的穿甲效应的影响。在相同条件下,对制式弹和Tc复合弹对A3钢板的侵彻孔径、深度,以及侵彻后弹芯剩余质量进行了对比分析。采用ANSYS/LS-DYNA进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,结合仿真结果,从弹芯剩余质量上对弹丸的侵彻能力进一步分析,Tc复合弹对弹芯保护的效果明显,为陶瓷材料应用于其他战斗部提供依据。     

SiC陶瓷/UHMWPE纤维复合结构抗12.7mm穿甲燃烧弹试验与仿真

针对SiC陶瓷板、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维板层合而成的复合结构,为掌握组元厚度对其抗弹性能的影响规律,进行12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻试验,获得不同撞击速度下的侵彻效果。建立弹体对复合结构侵彻的有限元计算模型,并通过试验验证计算模型的可靠性。采用被验证的计算模型对12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻不同厚度组元的复合结构进行仿真计算,分析复合结构在弹体侵彻下的破坏机制及抗弹性能影响因素。研究结果表明：所建立的有限元模型能够可靠计算12.7 mm穿甲燃烧弹对复合结构的侵彻效应;复合结构抗弹性能随组元厚度增加呈线性增加,SiC陶瓷对抗弹性能的影响较UHMWPE纤维板大;随SiC陶瓷与UHMWPE纤维板厚度比的增加,复合结构抗弹体侵彻性能先增强后减小,当厚度比在0.2~0.4之间时,复合结构抗弹体侵彻性能最佳。     

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%。     

卵形弹丸垂直侵彻钢筋混凝土靶的工程解析模型

为了研究钢筋混凝土中钢筋对侵彻弹丸的阻力作用,通过对试验取出的钢筋混凝土试块的宏观和微观分析,在球形空腔膨胀模型的基础上,考虑弹丸直接与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的阻力,建立了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。分析弹丸在钢筋交汇节点、钢筋网格中心点、单根钢筋的中点以及其他任意位置点与钢筋接触情况下钢筋对侵彻的影响。研究表明,钢筋混凝土中的钢筋不仅对混凝土的强度有影响,在弹丸撞击到钢筋时还对弹丸的侵彻能力有减小的作用。在网眼尺寸一定的条件下,随着体积配筋率的增大,钢筋对弹丸的阻力作用越明显,但在相同体积配筋率下,钢筋直径的影响小于钢筋网层间距的影响。     

多层异质复合靶板抗侵彻性能试验及结构优化设计

针对多层异质复合靶板结构优化设计,对10 mm氧化铝陶瓷/10 mm芳纶板/6 mm 616装甲钢、10 mm氧化铝陶瓷/6 mm 616装甲钢/10 mm芳纶板2种结构抗14.5mm穿甲弹穿深(DOP)的性能进行了试验分析,对同工况下弹丸侵彻复合靶板进行了数值模拟。在验证数值模型的基础上,结合配方均匀设计方法,建立了相同面密度下复合靶板结构等效质量防护系数回归模型,分析了各层厚度系数对复合靶板防护性能的影响规律,完成了复合靶板结构的优化设计。结果表明,面密度为9.748 g/cm²的复合靶板,最优结构为6.5 mm氧化铝陶瓷板/1.8 mm芳纶/9.1 mm装甲钢,试验验证了优化设计结果的可靠性。