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。     

加筋靶板抗穿透特性的实验研究

针对几种结构形式不同的加筋靶板受球头及截卵两种弹头形式的高速动能弹丸穿透时的冲击特性,开展一系列的实验研究。根据实验结果,讨论靶板变形破损模式、弹丸速度及姿态的变化规律等。在此基础上,总结针对钝头弹丸,预测加筋靶板极限穿透速度的经验公式,以指导结构抗穿透防护设计。     

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。     

半穿甲战斗部对加筋靶板和均质靶板垂直侵彻的实验研究

文中以航母等大型舰船特有的筋板结构为目标,设计制做了缩比模拟加筋靶,同时参考国内外相关文献,设计了适合于毁伤航母的半穿甲战斗部实验弹.用实验弹对加筋靶和均质靶进行靶场垂直侵彻试验,得到了多种击靶条件的终点弹道参数和靶板毁伤破坏模式,为半穿甲战斗部对航母典型结构侵彻的机理研究提供基本的实验现象及数据,为高效毁伤大型舰船结构的半穿甲战斗部设计,提供一种技术支撑.     

低速锥头弹丸对薄板穿孔的破坏模式研究

根据低速锥头弹丸对薄板穿孔的实验研究结果，分析了锥头弹丸穿透匀质钢靶板的作用过程，提出了大锥角弹丸穿透薄钢靶板的主要破坏模式为：隆起－剪切破坏和蝶形弯曲－花瓣开裂破坏。给出了这两种破坏模式的靶板变形功的计算方法，计算结果与实验结果符合较好。     

提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构

针对破甲弹战斗部在大着角打击装甲目标过程中,射流斜侵彻装甲板破甲威力较低的问题,提出了提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构。该引信帽褶台结构通过在原有引信帽锥形结构上增加褶台,使得装配该引信帽的破甲弹在大着角碰靶板时褶台先接触靶板,弹丸在其作用下产生一定旋转,使弹丸侵彻靶板着角适当减小,从而使射流需要穿透靶板行程减少,提高破甲威力。仿真验证表明,在弹丸碰击靶板过程中,褶台结构引信帽能够使弹丸在碰击靶板过程中弹丸侵彻靶板角度由68°减少为65.7°,射流穿透主装甲板的行程减少约52 mm,减少约8%。装配褶台结构引信帽的战斗部动破甲平均后效层数由原来的2.6层增加到3.7层,提高了破甲威力,验证了设计的有效性。     

球头弹低速贯穿金属/FRP组合薄板的实验研究

为研究舰船舷侧内设复合装甲结构的抗穿甲破坏机理,预测战斗部穿透内设复合装甲结构后的剩余速度,以进一步对内部防护结构进行设计,采用均质钢板后置复合材料板模拟舰船舷侧内设复合装甲结构,结合低速弹道冲击试验,分析了组合结构靶板的破坏模式.在此基础上,根据靶板的破坏模式,得到了球头弹丸穿透组合结构靶板的剩余速度理论预测公式.结果表明,组合靶板中前置钢板的破坏模式主要为剪切冲塞破坏,而后置复合装甲板的破坏模式为纤维的拉伸断裂;理论预测剩余速度值与试验结果吻合较好.     

陶瓷与芳纶层合板叠层结构抗侵彻性能试验研究

为了研究陶瓷与芳纶层合板叠层结构在中高速弹丸侵彻作用下,陶瓷面板对芳纶层合板抗侵彻性能的影响,开展了13.5 g破片模拟弹丸以中高速冲击8 mm厚芳纶板、16 mm厚芳纶板、3 mm厚SiC陶瓷+8 mm厚芳纶板、3 mm厚Al₂O₃陶瓷+8 mm厚芳纶板4种靶板的抗侵彻性能试验。分析了有无前置陶瓷板,芳纶板受到冲击作用后,弹丸及芳纶板变形模式的差异、靶板单位面密度吸能的区别。研究结果表明：前置陶瓷板情况下,弹丸变形较大并伴随着质量磨蚀;前置陶瓷板降低了芳纶板的剪切破坏程度,增加了拉伸变形和层间分层范围;前置陶瓷结构相对于纯芳纶结构在弹速较高时抗侵彻能力较强。     

轴外压作用下复合材料网格加筋柱壳蒙皮铺层和筋条角度优化分析

采用Nelder-Mead单纯形优化方法,以均匀分布或二项分布随机数作为初始寻优点,对复合材料网格加筋柱壳在轴、外压载荷作用下的蒙皮铺层方向和筋条角度进行了优化分析.通过比较筋条优化、蒙皮优化和筋条、蒙皮同时优化的变化,发现筋条角度是结构承载能力的主要影响因素,优化的筋条角度可提高临界载荷20%～50%,均衡对称蒙皮铺层加筋壳接近于最优结构.优化设计可在均衡对称蒙皮铺层的基础上只对筋条角度进行分析,与最优结构的差别在5%以内.轴压优化筋条角度在30°左右,外压优化筋条角度在65°左右.     

加筋板架结构与均质靶板等效关系的数值分析

为使用廉价均质钢等效替代加筋板架结构进行弹丸威力考核试验,运用LS-DYNA软件对板架结构和均质靶板的弹体穿甲过程进行数值模拟,分析了均质靶板的厚度和加筋板架结构不同弹着点对弹头穿靶能力的影响,并基于剩余速度理论,运用数值模拟和统计概率分析相结合的方法,建立了加筋板架结构与均质靶板之间的等效关系。结果表明：在工程应用上使用37 mm厚的均质靶板可替代给定加筋板架结构进行战斗部穿靶能力的考核。     

UHMWPE板对平头和卵形弹撞击试验研究

为研究超高分子聚乙烯板的抗冲击性能,以不同厚度超高分子量聚乙烯平板为靶体,用一级轻气炮分别发射平头和卵形弹开展打靶试验。通过分析靶板厚度、弹体头部形状对靶板弹道极限及能量吸收的影响,分析靶板损伤形貌及机理特征。结果表明:随靶板厚度增加,弹道极限非线性递增;弹体头部形状对弹道极限影响明显;卵形弹撞击靶板时破坏由"盘形凹陷"转为"延性扩孔"。随弹体初始动能增大,头部形状对靶板能量吸收率的影响越来越显著。平头弹侵彻靶板过程为先延性扩孔侵彻,压缩弹体前方靶材料,弹体周围剪切变形,最终形成冲塞和弹出。     

35CrMnSi穿甲弹侵彻45钢靶板的微观组织观察

研究钢弹体侵彻韧性钢板的侵彻机理有理论意义和工程应用价值。用金相显微镜、扫描电镜研究了35CrMnSi穿甲弹侵彻45钢靶板后靶板和残余弹体的微观组织,并用显微硬度仪对试样的不同部位进行了硬度测试。结果表明,从界面到靶板内部其显微组织可分为:再结晶层,细晶层,形变层及基体组织。细晶层中的铁素体和珠光体的硬度最高。在侵彻过程中,弹靶相互作用,弹体边破碎、边穿甲,破碎主要是由绝热剪切带引起,靶板破坏形式主要为韧性扩孔。     

空爆载荷作用下带孔加筋板架破坏模式研究

针对带孔加筋板架在爆炸冲击波作用下的破坏模式进行模型试验,分析带孔加筋板架的破坏模式,认为板架结构中由于前驱爆炸破片作用产生的小型穿孔对板架的抗爆能力影响不大,板架构件与板连接处变形不协调引起的弯曲应力及该部位的应力集中是导致板架破坏的主要原因。通过试验和数值计算研究比较不同穿孔尺寸对板架抗毁伤能力的影响,数值计算结果与试验结果吻合较好。     

截卵形弹体正侵彻加强筋结构靶的理论分析

为研究加强筋结构靶的抗弹性能,采用动量守恒定理,分析了截卵形弹体正侵彻加强筋结构靶的过程,给出了加筋靶破坏变形后凿块质量和花瓣等效质量的理论计算,得出了弹体剩余速度与位移、侵彻位置等物理量之间的关系;通过计算侵彻不同位置时弹体运动过程中筋形成花瓣的动量,得出筋产生最大动量的侵彻位置是弹体的截顶圆与筋中心线相切的位置;对理论计算与实验和数值计算进行了比较,结果表明三者是吻合的.     

飞机壁板结构击穿的数值模拟

为了分析飞机壁板结构受到常规弹道速度(500～1000m/s)下地面火炮攻击时的动态响应和形成的损伤,应用大型动态非线性有限元分析软件MSC.Dytran建立刚性弹体高速垂直撞击侵彻方形薄靶板的三维模型,采用Johnson-Cook应变率相关材料本构模型,模拟在不同的射弹碰撞速度下薄靶板的侵彻击穿过程,讨论了带加强筋薄靶板和具有初始应力的薄靶板的破坏、损伤情况。模拟结果表明,加强筋可以在一定程度上抑制靶板结构的破坏和损伤,处于承载状态下的薄板被射弹击穿后会造成更大的破坏,使承载能力迅速下降。     

刻槽弹体旋转侵彻混凝土效应试验研究

为研究刻槽弹体旋转侵彻混凝土靶的侵彻性能,利用14.5 mm滑膛枪发射平台,进行了非旋转的卵形弹体与刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶试验研究,同时利用14.5 mm线膛枪发射平台,进行了旋转的卵形弹体和刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶和石灰石混凝土靶试验研究。两种发射平台对比试验结果表明：采用卵形弹体头部刻槽和旋转侵彻的方法,使对混凝土目标的破坏从单一的挤压破坏变为挤压与环向剪切联合作用的破坏模式,达到了减少轴向阻力和提高侵彻威力的作用;相比于砂浆混凝土靶,石灰石混凝土靶具有较强的抗侵彻能力。     

弹-引系统以极大着角碰击薄靶板的动力学研究

根据动量守恒原理，建立了弹丸以极大着角高速斜碰薄靶板时的动力学模型，并用中心差分法来解这些非线性动态方程。最后以瑞士双３５炮弹为例进行了计算，并进行了图形仿真。     

金属靶板扩孔冲塞穿孔弹头临界锥角分析

研究了刚性锥头弹垂直贯穿金属靶板扩孔冲塞型穿孔模式,在理想弹塑性材料两阶段工程模型的基础上,考虑靶板为硬化材料,得到扩孔冲塞型穿孔弹头临界半锥角及相应的弹道极限.分析了弹头长度、弹丸质量和靶板材料参数对临界半锥角的影响.计算结果与已有试验结果吻合较好.     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。     

加强筋的布置对其抗爆性能影响的研究

为探讨抗爆结构设计,采用有限元模拟了典型加筋板结构加强筋迎、背爆面布置下抗冲击过程,分析加强筋的布置对冲击载荷的影响,并与加筋板抗爆实验进行比较。结果表明:加强筋迎爆面布置将使板架在加强筋间的局部区域承受的冲击载荷变大,而使板架承受的角隅汇聚冲击波强度减弱;数值模拟结果与实验结果吻合良好。