穿甲子弹侵彻陶瓷/钢靶板的数值模拟研究

为深入研究陶瓷/钢靶板抗7.62 mITl穿甲子弹侵彻的杌理,采用FE-SPH方法对弹靶进行了数值模拟,再现了陶瓷锥的演化过程及陶瓷的开裂飞溅现象.揭示了弹靶作用过程的3个阶段,得到了陶瓷面板和钢背板最优厚度比与面密度的关系式,以及靶板极限速度与厚度比、面密度的表达式,计算结果与试验结果吻合较好.FE-SPH算法能很好地模拟陶瓷在弹丸侵彻作用下的动态响应,靶板的抗弹机制主要由面板、背板的"耗能"机制和陶瓷锥的"扩散"机制组成.     

不同靶板厚度对混凝土靶的抗侵彻性能研究

为研究混凝土靶厚度对弹坑形成的影响,应用层裂机理进行定性分析。通过弹体贯穿不同厚度混凝土靶的模型试验,获得靶板破坏效果和剩余速度。对贯穿过程进行数值模拟,得到混凝土靶贯穿的内部破坏过程,仿真图像与试验现象吻合较好。根据不同速度和厚度对混凝土靶的剩余速度进行耗能理论计算,得到单位厚度靶板耗能与速度的关系。     

中等厚度金属靶板的三阶段贯穿模型

研究了刚性尖头弹侵彻贯穿中等厚度金属靶板问题。考虑靶板背表面开裂的影响,在有限厚度金属靶板两阶段侵彻模型的基础上,引入开裂侵彻深度概念,提出一个三阶段侵彻贯穿模型。基于不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀理论和等效拉伸应变断裂准则,得到弹头表面径向压力、开裂侵彻深度的解析解和弹头侵彻阻力的数值解,由Runge-Kutta法求解弹体运动微分方程,得到极限速度、剩余速度的数值解。与小截锥刚性锥头弹侵彻铝合金靶板弹道试验数据比较,本文模型计算结果与试验吻合很好。计算表明,弹头长度和靶板厚度对侵彻阻力的影响十分明显。     

刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板耗能分析

本文分析了刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板的过程和耗能机理,由能量守恒建立了刚性尖头弹垂直入射金属薄靶板花瓣型穿孔最小穿透能量的无量纲表达式.基于铝合金及纯铝靶板弹道极限试验数据,得到一个计算金属靶板花瓣型穿孔弹道极限速度的半理论半经验公式,并与低碳钢靶板弹道极限试验数据进行了比较,计算结果与试验吻合较好.分析讨论了弹体初始速度对剩余速度和靶板耗能的影响.     

柱形破片对有限厚铝靶垂直侵彻过程研究

建立了柱形破片垂直侵彻有限厚铝靶极限穿靶速度和穿靶后剩余速度的计算模型,描述了穿靶后剩余速度与靶板厚度、破片直径等之间的关系,并进行了数值计算和试验验证,经比较,模型计算、数值计算结果与试验有较好的一致性,所建立的模型能够较好描述柱型破片垂直侵彻有限厚铝靶的物理过程.     

动能弹侵彻混凝土靶结构的等效研究

针对目前弹体侵彻试验中混凝土靶体积大且成本高的问题,对混凝土靶结构进行了等效研究。利用三维计算软件程序模拟了动能弹对混凝土靶板的垂直侵彻过程。研究发现,Ma为2左右,靶弹直径比大于等于30的混凝土靶等效为半无限靶。进一步对不同靶弹直径比的靶板施加不同厚度的钢箍进行计算。结果表明,有钢箍的混凝土靶能减小边界效应对弹丸侵彻性能的影响,并得到了各个速度段钢箍厚度与靶弹直径比的定量关系,增加不同厚度的钢箍来等效半无限靶可达到减小靶体径向尺寸的目的,对降低试验成本具有重要的意义。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

基于Tate简化侵彻模型的率相关相似律研究

为优化靶板抗侵彻相似试验,应用在流体动力比拟基础上提出的修正Tate简化侵彻模型,基于相似理论,得到了弹体侵彻靶板同时考虑弹体、靶板应变率效应时的相似律的一般形式.利用工程计算方法进行了系列计算和分析.结果表明:同时考虑弹体、靶板应变率影响时,所谓侵彻问题的几何相似律并不完全成立,随着缩尺比的增大,这种现象愈加明显.对计算结果进行拟合,得到了修正的几何相似律公式.     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

锥头弹小斜角侵彻薄板剩余速度理论分析

为确定锥头弹体小斜角侵彻薄板后的剩余速度,分析了锥头弹小斜角侵彻薄板花瓣破坏模型,将弹体损失的动能转化为靶板的碟形凹陷应变能、裂缝扩展应变能、花瓣动力功和花瓣弯曲应变能,根据能量守恒原理推导了弹体的剩余速度公式.运用数值仿真方法对弹体剩余速度理论公式进行验证,理论结果与数值仿真结果吻合较好,验证了锥头弹体小斜角侵彻薄板后的剩余速度理论公式的合理性.     

PELE侵彻10 mm厚均质装甲钢的极限穿透速度和后效研究

为了研究小口径集束钨丝壳体PELE对10 mm厚均值装甲钢的极限穿透速度和穿靶后的后效情况,应用PELE垂直侵彻薄靶的理论模型对直径23 mm集束钨丝PELE侵彻10 mm厚均质装甲钢进行了理论计算,利用23 mm口径弹道炮进行了侵彻试验研究。研究结果表明:弹丸侵彻10 mm厚均质装甲钢的极限穿透速度为623.7 m/s;当着靶速度为685.2 m/s以上时,该弹丸侵彻10 mm厚均质装甲后可产生良好的横向效应,试验结果和理论计算结果基本吻合。     

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。     

复合结构活性破片对双层靶标毁伤效应

研究可承受炸药爆炸加载的活性破片毁伤威力具有实际应用意义。通过14.5 mm口径弹道枪加载试验分析铝粉与聚四氟乙烯复合结构活性破片撞击不同组合形式下双层靶标毁伤效应,并采取多元回归分析方法建立活性破片对前层板的穿孔直径和后层板的扩孔面积经验公式。结果表明：在800~1 400 m/s速度范围内,活性破片撞击前层钢板或铝板形成的穿孔直径随着速度、靶厚增大而增加,而撞击碳纤维复合材料板形成的穿孔直径与速度、靶厚无关,且钢板、铝板、碳纤维复合材料板穿孔直径分别是破片直径的1.25~1.62倍、1.08~1.42倍、1.13倍;活性破片对后层铝板或碳纤维复合材料板呈现扩孔撕裂毁伤模式,且前层板强度越大,撞击速度越高,则扩孔毁伤面积越大,同时对碳纤维复合材料板毁伤应着重考虑背面碳纤维与树脂基体剥离分层模式;建立的毁伤效应经验公式准确、可靠,经试验验证其相对误差控制在5%以内,能够为活性破片对双层靶标毁伤评估提供参考。     

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形破片和边长4.2 mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。     

穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶弹道极限速度的研究

为研究7.62 mm穿甲弹垂直侵彻陶瓷金属复合靶板的弹道极限速度,基于能量守恒提出一种改进的理论分析模型,进行了7.62 mm穿甲子弹侵彻陶瓷/装甲钢复合靶板的试验研究,并通过理论分析的方法对试验结果进行验证计算。研究结果发现:陶瓷/装甲钢复合靶板利用该理论分析模型计算出的弹道极限速度与弹道试验结果吻合的较好;综合理论分析和数值模拟分析结果,得出弹道极限速度与陶瓷锥质量正相关。基于理论模型的可靠性,可预测不同复合靶板厚度下弹芯剩余高度,得出陶瓷厚度是决定弹芯剩余高度主要因素。     

刚性尖头弹垂直撞击金属靶板耗能分析

将靶板塑性变形耗能分为整体和局部耗能2部分,利用2阶段延性扩孔模型计算局部耗能,根据量纲分析和相似原理,由搜集到的弹道试验数据拟合求得整体变形耗能,得到板厚弹径比大于0.5时金属靶板最小穿透能量和剩余速度计算公式.与金属装甲弹道试验及现有分析模型比较表明,本文公式精度较高.     

钨合金球形破片侵彻低碳钢的弹道极限速度计算模型

为得到更大速度适用范围的钨合金球形破片侵彻低碳钢板弹道极限速度计算模型,分析不同着靶速度下钨合金球形破片侵彻低碳钢板的侵彻破坏特征,建立了包含弹、靶主要力学参数的弹道极限速度计算模型,模型系统考虑破片刚性、塑性、侵蚀以及破碎侵彻等情况;根据模型求解需要,针对钨合金破坏特征建立对应速度阈值的计算方法;基于已有试验数据,应...     

子弹垂直侵彻陶瓷/铝合金靶板的理论分析模型

本文针对子弹撞击陶瓷／铝合金复合靶板的实验现象，建立了冲击载荷作用下薄板的动态响应模型。在给定的靶板条件下，该模型可以仿真在冲击载荷作用下靶板的弹道极限速度，并且把该模型与其它的模型进行了比较和实验验证，实验结果和数值结果具有较好的一致性。     

铝-镁-铝轻质金属层状复合靶抗弹性能

为了对比铝-镁-铝三明治结构复合靶与等厚度铝合金靶的抗弹性能,研究铝-镁层状复合靶用于装甲防护的可行性,提出使用镁合金替代部分铝来降低铝合金装甲质量的方法。采用爆炸焊接法制备铝-镁-铝层状复合板,并通过实验测试和数值模拟分析其抗弹性能及机理。基于残余穿深法,对铝-镁-铝层状复合靶与AZ31镁合金靶、2024铝合金靶和铝-镁-铝层叠接触靶进行对比实验,并对枪弹侵彻不同类型靶板的过程进行数值模拟以验证实验结果,进一步研究了界面结合强度对层状复合靶板抗弹性能的影响。结果表明：在等厚度条件下,铝-镁-铝层状复合靶具有与2024铝合金靶相当的防护效果,但比2024铝合金靶减轻23%以上;界面结合强度可以提高层状复合靶的抗弹性能,具体表现为随着界面结合强度的增加,靶板通过整体变形来使抵抗弹头侵彻能力增强。     

长杆体正撞击平面夹层装药引发爆轰的条件

在分析平头圆柱长杆体撞击平面夹层装药特点的基础上，对长杆体冲击起爆夹层装药的临界起爆速度进行推导,推导出与杆体速度、密度、直径、面板厚度、材料参数以及炸药敏感性等弹道综合因素有关的临界起爆条件。针对不同直径的平头圆柱侵彻体撞击不同厚度的面板进行试验研究，以期获得有关冲击起爆临界速度的试验值，进一步验证文中所建立的冲击起爆模型的正确性。