刻槽参数对破片形成的影响

为了获得刻槽参数对破片形成的影响规律,利用AUTODYN-3D软件对50SiMnVB钢战斗部的破片形成进行了三维数值模拟,对比分析了不同刻槽参数对壳体断裂的影响,并对壳体断裂模型进行简化,推导了外刻槽壳体断裂迹线及其断裂概率,并进行了试验验证。结果表明:外刻槽技术对于50SiMnVB钢战斗部是可行的,断裂是从刻槽根部开始,断裂方式为剪切断裂;随着刻槽深度增加、刻槽间隔增大,主破片形成率和质量占有率增大,破片控制效率提高。得出了沿断裂迹线断裂的概率,为刻槽参数的选择提供了一种可行依据。     

不同硬度刻槽壳体爆炸驱动形成破片特性研究

为了获得材料硬度对刻槽壳体爆炸驱动形成破片性能的影响规律,选取3种不同热处理硬度下的D60钢作为刻槽壳体材料,通过破片速度测试与沙箱回收破片试验,研究了D60钢刻槽壳体形成破片的速度及质量分布特性,并利用AUTODYN-3D软件结合Stochastic随机失效模型,仿真研究了D60钢刻槽壳体爆炸驱动下形成破片作用过程及破片速度、质量变化规律。结果表明:随着硬度的降低,0.1 g以上的破片数量增加,破片平均尺寸增大,不同硬度D60钢刻槽壳体形成破片初速差异不大。HRC36壳体形成的破片形状较另外2种硬度破片规则,且高硬度壳体材料形成破片穿甲能力较强,可以完全穿透6 mm厚Q235A钢板。     

刻槽式多爆炸成形弹丸对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效研究

应用ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式多爆炸成形弹丸（MEFP）对双层有限厚钢靶侵彻能力及后效,得到了刻槽式MEFP战斗部对双层有限厚钢靶侵彻及后效的效果图。结果表明：装药长径比对弹丸成型后的形状影响较小,刻槽深度对弹丸成型后的形状影响显著;其他条件不变时,药型罩厚度增加使弹丸轴向速度减小,进而增加了药型罩侵彻时的侵蚀量,因此从侵彻深度角度考虑,药型罩厚度存在最优值;从整体看,刻槽深度较浅的战斗部后效较好。计算结果与试验结果基本一致。     

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。     

刻槽参数对预控破片形成情况的影响研究

运用AUTODYN软件,对壳体外刻槽的预控破片战斗部在不同槽深和槽宽时的破片形成过程进行数值模拟,对比分析了仿真结果,得出了槽深和槽宽对预控破片的有效破片生成率、破片平均速度和破片质量损耗的影响规律,并通过综合分析,得出比较合适的槽深和槽宽。     

半预制破片PELE弹丸效能的数值分析

为研究壳体刻槽长度和深度对半预制破片PELE弹丸效能的影响,对5种不同刻槽长度和不同深度的PELE弹丸侵彻4340钢质靶板的过程进行数值分析。结果表明：半预制破片PELE弹丸比普通PELE弹丸的后效毁伤性能有显著提高;不同刻槽长度的半预制破片PELE弹丸,随刻槽长度的增加,形成破片的最大径向速度变化较小,破片数量减少,形成破片的大小、质量逐渐增加,动能增大,毁伤性能增强;随着刻槽深度的增加,形成破片的最大径向速度显著增加,破片数量增多,但破片的大小、质量逐渐减小,动能减小,毁伤性能降低。     

尾翼型EFP形成的数值模拟研究

为得到飞行稳定性较好的尾翼型爆炸成型弹丸.文中利用有限元分析软件,对三种药型罩结构的成翼过程进行数值模拟,对比计算结果得知,药型罩外表面周向对称刻槽且槽内有填充物时成翼效果较优.继而改变槽深、槽宽等参数,并以不同材料填充槽体进行计算.结果表明:槽深、槽宽等均对侵彻性能影响显著,且填充45钢,槽宽为0.048倍、槽深为0.038倍装药直径时,具有较大的侵彻速度和长径比,尾翼成形效果较好.     

壳体刻槽对温压炸药爆炸火球影响的试验研究

通过高速摄像系统对三种刻槽壳体的温压炸药装置爆炸火球进行观测,利用VB编制了火球尺寸批处理程序,实现了对记录信息的深度挖掘。重点对不同结构下的火球成长过程、最大半径和初始细节进行研究,分析了不同刻槽数目下火球成长的响应规律,得出了中心分散装药的爆轰能量与壳体结构破裂和诱导燃料爆轰之间存在一定的能量耦合关系,即存在最佳匹配,且可通过改变刻槽数目调整该匹配关系,为优化结构设计和提高云爆毁伤效能提供指导。     

高强度钢壳体战斗部爆炸破碎无网格法数值仿真

为研究高强度钢壳体战斗部破碎过程及质量和速度分布特征的数值仿真方法,以"飞鱼"导弹战斗部为例,壳体采用光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法进行战斗部爆炸驱动壳体膨胀及破碎过程的数值仿真,炸药采用Lagrange单元,壳体和端盖采用SPH单元,进行Lagrange与SPH算法耦合实现炸药爆炸驱动壳体破碎。通过选取不同尺寸的SPH粒子分别进行计算,获得破片数随SPH粒子尺寸变化的规律以及战斗部爆炸形成破片的质量与速度分布特征,并对比传统Mott公式和Gurney公式的工程计算结果,得到SPH粒子尺寸为0.25 cm时所建立的仿真模型与工程计算较为吻合。采用经过工程计算验证过的模型进行仿真计算,获得爆炸载荷作用下战斗部壳体各段与端盖的质量和速度分布规律、每个破片的质量与速度分布以及各段形成破片的飞散方向与飞散角。     

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。     

基于ALE算法的膛炸数值模拟

为了调查某坦克炮发射破甲弹时导致膛炸事故发生的可能原因,就引信提前解除保险引发战斗部装药的爆炸情况进行研究,采用流固耦合方法对身管膛炸的力学特性进行数值模拟,计算身管断裂时的应力变化。首先,利用Solidworks建立身管、弹丸壳体、战斗部装药以及空气域的模型,并利用Hypermesh进行有限元网格划分。然后,在LS-DYNA计算平台中采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,求解炸药与身管之间的流固耦合问题,成功模拟了引信提前解除保险引发战斗部装药爆炸时对身管的破坏作用,基本复现了身管的断裂情况。计算结果表明:炸药瞬间引爆在身管内壁造成的压力可达29 GPa; 并且身管内壁压力的变化规律呈骤升骤降趋势,这与炸药爆炸产生的爆炸冲击波能量的变化规律密切相关。此外,膛炸发生时,产生的碎片较为均匀,身管两侧断裂情况与实际情况较为符合,可为进一步研究引信提前解除保险引发战斗部装药的爆炸对身管的破坏效应等提供参考。     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

火箭发动机与尾翼座共用尾翼结构在高膛压火炮膛内间隙影响因素

针对高膛压火炮发射时张开式尾翼座的膛内间隙影响因素及变化规律,基于有限元分析软件LS-DYNA对弹尾采用共用尾翼结构的典型增程类弹药膛内过程开展数值模拟。获得弹丸膛内每时刻的动力学响应,其中出炮口速度、转速与试验数据吻合较好。分析了共同尾翼结构中发动机壳体在不同屈服强度和预紧力加载下膛内发动机支座、壳体与战斗部底座的轴向压缩量及各尾翼片与底座的间隙变化。结果表明：膛内发动机支座、壳体与战斗部底座的轴向压缩量在膛内先增大、后减小,与膛压-时间曲线趋势一致;发动机壳体轴向压缩量对间隙影响最大,在总压缩量中占比达78.2%;发动机壳体屈服强度降低至800 MPa时,共用尾翼结构弹性变形引起的总压缩量已超过尾翼与战斗部底座间隙,导致尾翼片磕碰底座;螺钉预紧力异常加载下各尾翼片与底座的间隙在膛内不再同步,间隙相差最大达初始间隙的17.3%,因此各尾翼片与底座磕碰时产生深浅不一的痕迹。该研究成果可为采用共用尾翼结构的增程类弹药在膛内结构强度故障预防及分析提供参考。     

动态爆炸战斗部对舰船舱壁的破片载荷特性研究

为研究舰船内部舱壁结构在半穿甲反舰导弹战斗部动态爆炸情形下承受的破片载荷特性,基于合理假设,根据弹目相对初始运动状态建立了空间坐标系,运用爆炸力学经验公式,推导了一种较为实用的数学计算模型。对该数学计算模型进行MATLAB语言编程,考虑装药引爆时战斗部不同的初始位置、姿态、平面运动以及因撞击舷侧外板而获得的转动等初始运动特性参数,采用破片着靶范围、着靶位置、舱壁各区域破片着靶总质量、破片着靶均速等评估参量,进一步研究战斗部初始运动特性对舱壁结构承受的破片载荷特性影响。结果表明：舰船舱壁破片载荷特性因战斗部不同初始运动特性而呈现不同分布规律,因战斗部装药爆炸驱动而获得的破片飞散特性是决定其分布特性的根本因素;对舱壁破片载荷特性有重要影响的首要参数是战斗部初始位置和姿态,其次是战斗部平面运动,而战斗部转动仅引起舱壁破片载荷分布的小幅改变。     

反鱼雷鱼雷战斗部对来袭鱼雷爆炸毁伤效应仿真

为了获得反鱼雷鱼雷(ATT)战斗部水中爆炸对来袭鱼雷的毁伤效应,以ANSYS LS-DYNA有限元分析软件为平台,对ATT攻击对象(来袭鱼雷)进行了较为系统的建模,并采用流固耦合算法针对ATT战斗部在不同距离、不同角度下对来袭鱼雷的爆炸毁伤效应进行了仿真计算,得出了ATT战斗部的毁伤半径、来袭鱼雷的毁伤判据以及ATT对来袭鱼雷的毁伤规律.仿真结果表明,在水中爆炸作用下,来袭鱼雷燃料舱段壳体较其他部分壳体更易发生变形或破裂.该研究可为鱼雷的毁伤效应评定及ATT战斗部研究提供参考.     

温压战斗部装填比对毁伤威力的影响

为了研究温压装药的装填比对战斗部毁伤威力的影响,开展了以65%的奥克托今和35%的高活性级配铝粉为主要组份30 g温压装药爆炸后生成产物及输出能量特性的试验研究。依据试验结果,建立了表征温压战斗部毁伤威力的总能量和总比冲量的数学模型。借助一枚装填70 kg温压炸药的200 kg战斗部距地面1.5 m处的静爆试验的结果,利用数学模型计算了该温压战斗部起爆后距爆心不同距离处的冲击波超压和比冲量。结果表明,计算结果与静爆试验测量结果符合较好,验证了所建数学模型的正确性。应用该模型计算了200 kg温压战斗部爆炸后距爆心不同距离处的总比冲量随装填比的变化情况。表明装填比为40%左右时,有最大的总比冲量和毁伤威力。     

战斗部陆爆试验方法及安全防护

水中兵器爆炸能否达到对目标的毁伤,其战斗部起爆装置的起爆能力和主装药的爆炸完全性是关键因素。为了检验战斗部新型装药的爆炸完全性,通常应进行战斗部陆爆试验。介绍了水中兵器战斗部陆爆试验的基本方法,包括试验场地条件、试验项目、参试设备、测量参数、测量方法等,研究了试验安全防护问题,对如何设置爆炸防护墙、如何进行爆炸破片防护给出了具体方法,并给出了爆炸破片初速、破片数量及平均质量、破片动能等计算方法。     

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s~(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s~(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。     

末敏弹EFP战斗部增强破片杀伤作用研究

针对末敏弹对有生目标杀伤能力弱的问题,基于EFP战斗部结构,提出了一种轴向EFP药型罩结构并且周向装填预制破片的战斗部结构布局.利用仿真软件对EFP的成型与预制破片的飞散进行了数值模拟.仿真结果表明,周向装填预制破片对EFP的成型没有影响,而且预制破片的速度与分布较好.因此,周向装填预制破片可以增强末敏弹对软目标杀伤能力.