EFP成型数值模拟及侵彻45钢靶试验研究

为研究EFP的成型机理和侵彻性能,在目前药型罩材料研究和应用的基础上,对EFP成型过程的数学模型进行推导,采用有限元分析软件LS-DYNA,对同一结构紫铜、钽和钽钨药型罩EFP成型过程进行数值模拟,通过靶试对3种材料药型罩EFP的侵彻性能进行试验研究。结果表明:紫铜、钽和钽钨药型罩数值模拟着靶速度与试验测得着靶速度基本长径比较为合理,有利于提升侵彻性能;钽钨药型罩能有效穿透80 m(889倍装药口径距离)处90 mm(1.0倍装药口径)厚的45钢靶板,靶板正面和背面穿孔直径较大,靶后靶体的崩落面积较大,后效毁伤效果好。EFP通过数值模拟和试验结果对比分析,对3种材料药型罩EFP的成型形状和对钢靶的侵彻能力作出评价,为EFP型罩材料的选择提供技术参考。     

大锥角聚能装药射流形成及对钢靶侵彻的数值模拟

为了研究大锥角聚能装药射流形成和对钢靶侵彻过程中的一些特性,采用AUTODYN软件,对锥角聚能装药射流形成及侵彻钢靶过程进行了数值模拟。模拟结果表明:大锥角聚能射流是药型罩在爆轰波的作用下向后反转形成的漏斗型密实射流,其在飞行过程中,速度基本保持不变,而在侵彻钢靶时,侵彻速度和动能都迅速下降,直到再也不能侵彻钢靶为止。将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析表明:数值模拟结果与实验结果相一致。     

药型罩结构参数对多模毁伤元形成的影响

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数时侵彻体形成的影响规律.对于起爆方式为中心点和不同位置的环形起爆,通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角,对比分析了形成的侵彻体的性能,得出弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响规律.结果表明,弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角存在最优值,圆弧曲率半径在45～55 mm、锥角在145°～155°范围内取值较好.优化设计了一种戍型装药结构,并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好,为进一步研究多模成型装药提供了参考.     

算法转换在串联EFP成型以及侵彻过程中的应用

为了研究双层药型罩形成串联EFP以及串联EFP侵彻间隔靶的过程。利用算法转换对这两个过程进行了数值模拟,即串联EFP的成型过程用Lagrange算法来模拟,然后将串联EFP的所有单元转换为SPH粒子,所有粒子都将继承原有的速度等信息,最后利用转换后的SPH粒子来模拟串联EFP侵彻三层间隔靶的过程。结果表明:该算法转换能够有效的模拟串联EFP成型以及侵彻间隔靶的过程。研究结果可为数值模拟算法的选择提供新的参考。     

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟的影响

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟结果影响较大,为完成某球缺罩EFP的设计,分别选择J-C本构和Steinberg本构为紫铜药型罩材料模型,基于Autodyn开展110 mm口径球缺药型罩EFP成型与侵彻对比计算.结果表明,使用J-C本构与Steinberg本构,EFP在成型过程中总体变形一致,但后者对应的弹丸尾部有较大部分与主体断裂,材料出现超过3.0E +7的应变,不符合物理事实;侵彻钢靶模拟,2种方法最大侵彻深度相差较小.综合而言,建议球缺药型罩EFP成型及侵彻模拟计算中应优先选取J-C本构模型.     

模拟爆炸成形弹丸对大间隔靶的侵彻实验研究

为考察爆炸成形弹丸(EFP)的飞行特性及侵彻威力，用火炮发射长径比为1．5的钢EFP模拟弹丸，其着靶速度在1300m/s左右。对大间隔的多层A3薄钢靶板进行侵彻，利用高速摄影了EFP在靶间飞行姿态变化，对其侵彻过程及机理进行了分析，实验结果和分析表明，所设计的EFP具有较为理想的飞行稳定性，对多层间隔靶的侵彻能力强，为设计攻击舰艇等装甲目标的战斗部提供了较重要的参数。     

大口径EFP侵彻典型装甲钢板过程的数值仿真与试验研究

通过大口径EFP高速侵彻装甲靶板试验,以及利用AUTODYN-3D有限元仿真软件对整个侵彻过程进行数值模拟,研究了EFP开坑、稳定侵彻、尾翼侵彻和冲塞贯穿形成二次破片的物理过程,模拟结果与试验现象和理论分析均吻合较好,并从原理上分析了试验中各宏观现象产生的原因。研究结果不但认识了EFP侵彻装甲靶板的机理,也可以为聚能装药对典型装甲毁伤评估提供参考。     

锥弧结合罩形成长杆状密实EFP的可行性

为了进一步提高爆炸成型侵彻体(EFP)的侵彻能力,基于大锥角罩结构的圆弧段设计,提出了一种可形成长杆状密实EFP的锥弧结合罩。分析了锥弧结合罩与传统的大锥角罩和弧锥结合罩在压垮过程中的区别。运用LS-DYNA仿真软件,计算得到了锥弧结合罩的结构参数(曲率半径、锥角、壁厚)对EFP速度、长径比、密实度等侵彻体成型参数的影响规律。找出了EFP成型较佳时各结构参数的取值范围:曲率半径为1.1～1.3倍装药口径,锥角为155°～160°,壁厚为0.04～0.046倍装药口径,并设计得到了一种可形成长径比为2、密实度为0.88的EFP的锥弧结合罩结构。     

贴隔板法在尾翼EFP成型中的应用研究

采用LS—DYNA对在药型罩上粘附隔板结构形成带尾翼型爆炸成型弹丸（explosively formed projeetile，EFP）进行三维数值模拟，从药型罩微元压跨速度和压力的角度初步探讨了形成尾翼型EFP的机理，对同一直径的大锥角型、球缺型和弧锥结合型药型罩形成的尾翼型EFP进行了对比分析，三种结构药型罩均能形成较为明显的尾翼，其中大锥角型药型罩得到的EFP速度最高。数值计算结果表明，EFP尾翼数与药型罩上所粘贴的隔板数一致，三种不同结构药型罩上粘贴四个隔板，得到的尾翼数均为四个。通过实验，对贴隔板法形成尾翼EFP做了进一步验证，实验结果与数值模拟结果基本一致。     

复合 MEFP 战斗部侵彻性能及其后效的仿真研究

为研究新型复合 MEFP 战斗部在破甲武器中的应用,运用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元分析软件,采用多物质ALE 流固耦合算法,对复合 MEFP 战斗部侵彻体成型过程进行数值仿真计算,研究其侵彻体性能,并选择靶板进行侵彻,分析侵彻性能及穿孔孔径和毁伤范围,最后以后效靶板进行验证,综合分析复合 MEFP 战斗部的侵彻性能及后效影响;结果表明：该复合 MEFP 聚能战斗部在起爆方式选取单点同时起爆时,形成互不影响的1个主 EFP 和4个辅EFP,可以同时侵彻靶板,提升侵彻性能;主、辅 EFP 侵彻钢靶使孔径增大,并且提升了战斗部毁伤范围;复合 MEFP战斗部后效作用明显,侵彻后效靶板的孔径为48 mm,大大提升了 EFP 战斗部的毁伤性能。     

爆炸成型弹丸侵彻相似律的数值模拟研究

利用相似理论分析了爆炸成型弹丸侵彻钢靶过程的相似参数,建立了爆炸成型弹丸侵彻钢靶的相似律关系.在此基础上以球缺型爆炸成型弹丸为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对满足模拟比的爆炸成型弹丸侵彻钢靶的过程进行了数值模拟.数值模拟结果表明,模拟弹与原型弹的成型符合相似律,其对钢靶的侵彻深度也满足模拟比.因此,侵彻相似律在爆炸成型弹丸侵彻研究中是成立的.     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

EFP战斗部结构参数优化设计研究

基于研究EFP穿甲威力目的,利用LS-DYNA软件对球缺型EFP成形进行数值模拟研究;分析了曲率半径、药型罩壁厚、壳体厚度等参数对EFP成形性能的影响规律;优化得到了药柱高度50 mm、装药直径40 mm的EFP战斗部结构方案;研究结论将为EFP优化设计提供参考依据.     

EFP战斗部水下作用特性研究

通过EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的侵彻试验,EFP空气中形成后经水层对水下靶板的穿靶试验, EFP战斗部水中爆炸对水中舰船模拟靶的侵彻试验以及EFP水中运动过程的脉冲X光摄影试验,研究了EFP战斗部水下作用特性.结果表明:EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的1.85倍;EFP空气中形成后经水层对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的10倍;EFP战斗部水中爆炸对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的20倍.水中冲击波和弹道波对EFP在目标靶上的破坏效果有明显增强作用.     

椭圆形罩LSC侵彻钢锭试验与三维数值模拟

为了获得椭圆形罩线型聚能装药(LSC)射流侵彻钢锭的特点和规律,采用实际切割试验和三维数值模拟(ANSYS/LS-DYNA)相结合的方法对椭圆形罩线性聚能装药射流侵彻钢锭过程的特点和规律进行了研究。结果表明,切割深度随炸高的增加先增加后下降,在一定炸高范围内表现出对炸高的不敏感性,最佳炸高为60 mm;随着炸高的增加,侵彻钢锭横断面形状的底部宽度从55 mm增至75 mm,中间的侵彻深度从70 mm增至84 mm,两端的侵彻深度从40 mm增至70 mm,切口剖面形状更趋于平缓;数值模拟获得的侵彻结果与切割试验获得的结果基本一致。该三维数值计算模型可以用来模拟实际的切割器,获得的切割钢锭的特点和规律能够较好地反映实际切割过程。     

不同炸高下的EFP 对盖板炸药的撞击起爆研究

为了研究不同状态下的爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)对盖板炸药的冲击起爆影响,采 用Ls-Dyna 仿真软件,建立EFP 撞击起爆带壳炸药的数值仿真模型。利用EFP 成型过程的不同阶段其头部速度不同, 对不同厚度盖板的CompB 炸药进行撞击起爆数值仿真,分析了各个阶段的比动能、头部速度与盖板厚度的关系,以 及盖板厚度与起爆时刻、位置的变化规律。仿真结果表明：在0.5～1 倍装药直径之间,可以得出临界盖板厚度与头 部速度、EFP 沿飞行方向的投影面积成正比,并且EFP 在侵彻大于2.5 倍装药直径的盖板过程时,不会形成剪切块; 笔者设计的口径40 mm EFP 完全成型后,其比动能为61.81 MJ/m2,可以起爆最大盖板厚度为10 mm 的CompB 炸药; 在一定盖板厚度范围内,冲击起爆时间和冲击起爆位置都随着盖板厚度增加而增加;EFP 飞行至0.5 倍装药直径处, 所能撞击起爆的临界盖板厚度是EFP 成型后的2 倍。该研究对于防空防导的战斗部EFP 设计具有一定的参考价值。     

爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢靶后破片动能分析

为获得具有较大动能的靶后破片来源以及轴向位置,开展了爆炸成型弹丸（EFP）垂直侵彻装甲钢的试验和仿真研究。借助经过试验验证的仿真方法,分析不同靶板厚度(30~70 mm)、不同EFP着靶速度(1 650~1 860 m/s)下,某典型EFP垂直侵彻装甲钢板后靶板和EFP产生的靶后破片速度、质量沿轴向的分布规律。结果表明：靶板和EFP产生的靶后破片速度随轴向位置近似呈线性增加,当靶板厚度或EFP着靶速度二者之一固定时其斜率固定,并且破片来源(由靶板或EFP产生)对包络线截距的影响也很小;靶板产生的大质量(>10 g) 破片均分布在破片云中间或者靠近靶板的位置,EFP产生的大质量(>10 g)破片均分布在远离靶板的位置;具有较大动能的靶后破片主要由EFP产生,并位于远离靶板的位置。     

串联聚能装药隔爆结构设计数值模拟和实验研究

为了解决在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径优化匹配的难题,提出一种前后两级均为爆炸成型弹丸（EFP）装药的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件,分析隔爆结构对串联EFP装药侵彻能力的影响为了解决在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径优化匹配的难题,提出一种前后两级均为爆炸成型弹丸（EFP）装药的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件,分析隔爆结构对串联EFP装药侵彻能力的影响进行相应的串联EFP装药侵彻45_#钢靶实验。实验结果表明:隔爆体形状对串联EFP后级装药侵彻能力有重大影响,优化后的串联EFP后级装药整体侵彻深度和后级侵彻深度分别提高了23%和35%,大大改善了串联EFP后级装药的利用效率。