弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明：弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。     

高速破片对半无限厚钢靶的侵彻试验研究

进行了典型高速破片对半无限厚45号钢靶侵彻试验,并根据Tate-Alekseevskii弹体侵彻模型及理想刚塑性材料模型假定,推导了高速破片冲击下,半无限厚钢靶的侵彻深度计算公式,提出了靶体的抗侵彻阻力以及靶体材料动态屈服强度的计算方法,计算侵彻深度与试验结果吻合良好。结果表明:半无限厚45号钢靶的抗侵彻阻力约为5.246倍静态屈服强度;在平面应变侵彻条件下,当弹速为500～1300m/s时,45号钢的动态屈服强度约为静态屈服强度的2.998倍;弹体的临界侵彻速度为319.9m/s,冲击速度小于临界侵彻速度时不会发生侵彻。     

空心弹体侵彻金属靶板的数值模拟和实验研究

采用动力有限元方法和弹道枪加载实验技术进行了两种材料 (35CrMnSi和贝氏体钢 )的空心弹体垂直侵彻A3金属靶板的对比研究 ,分析了弹、靶材料典型的宏观变形破坏过程和微观组织结构。实验结果表明 ,当撞击速度较低时 ,弹体头部发生镦粗变形 ;当撞击速度较高时 (80 4m/s、798m/s) ,两种材料的弹体头部则均有质量侵蚀现象 ,35CrMnSi侵蚀略少于贝氏体钢 ,弹体头部均有绝热剪切带出现 ;贝氏体钢可成为一种新型穿甲弹弹体材料     

空心弹体侵彻金属靶板的数值模拟和实验研究

采用动力有限元方法和弹道枪加载实验技术进行了两种材料（35CrMnSi和贝氏体钢）的空心弹体垂直侵彻A3金属靶板的对比研究，分析了弹，靶材料典型的宏观变形破坏过程和微观组织结构，实验结果表明，当撞击速度较低时，弹体头部发生镦粗变形，当撞击速度较高时（804m/s,798m/s），两种材料的弹体头部则均有质量侵蚀现象，35CrMnSi侵蚀略少于贝氏体钢，弹体头部均有绝热剪切带出现，贝氏体钢可成为一种新型穿甲弹弹体材料。     

弹体高速侵彻半无限钢靶的研究

针对目前超出常规火炮炮口初速范围的弹丸侵彻规律研究匮乏的问题,提出一种弹体高速侵彻半无限钢靶的研究方法。在常规火炮速度范围的基础上,以高速发射平台为运用背景,拓宽了初速范围。利用 Autodyn 软件的Lagrange算法对不同长径比的钨合金弹体在1.0～2.5 km/s内侵彻38CrMoAl半无限钢靶进行数值仿真研究。根据数值仿真结果,对弹丸的侵彻规律进行分析研究。仿真结果表明：侵彻初速增大后,弹丸侵彻深度与相对穿深非线性增长;高速弹丸总侵彻时间较低速时更短,侵彻过程更迅速。     

不同硬度弹丸对中厚靶板作用的试验研究

弹体材料的热处理硬度对弹丸的侵彻性能有着重要的影响。通过3种不同硬度的30CrMnSiNi2A弹丸,在低速下对船用钢板进行侵彻试验。试验结果表明:弹材硬度在HRC41~47范围内,弹头部的破碎程度随着其硬度的提高而降低;下限硬度弹丸的动能主要消耗在弹头部自身的破碎过程中,基本上不能在靶板上形成侵彻孔道;上限硬度弹丸动能主要消耗在对靶板的扩孔过程中,并且弹体的破碎主要发生在弹靶碰撞初期,当弹丸头部进入靶板后,基本不会再发生破坏,弹丸的侵彻能力也随着弹体硬度的提高而提高。研究结果可为弹靶作用分析和相关设计提供重要的参考价值。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

贝氏体钢和35CrMnSi空心弹体侵彻金属靶板的比较研究

本文对贝氏体钢和35CrMnSi弹体以不同速度侵彻金属靶板的结果进行了宏观和细观对比实验研究，以揭示弹体的变形、质量侵蚀和微观组织的联系，尤其是与绝热剪切带之间的关系。研究发现，弹体头部均发生不同程度的镦粗变形或质量侵蚀，并有绝热剪切现象，剪切带的形貌和分布在很大程度上决定了弹体的宏观变形和破坏。贝钢的剪切转变带中较多微孔洞，其断口为平坦脆性断口；35CrMnSi的剪切带中较多微裂纹，断口平坦面比贝钢小，并有撕裂现象。剪切转变带的显微硬度均高于基体组织。两种材料的弹体经较低速度侵彻后，亦可观察到少量的形变带和转变带。本文的研究为贝氏体钢在穿甲弹体上的应用提供了理论与实验数据。     

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。     

低速弹体贯穿钢筋混凝土多层靶的破坏特性

为获取大尺寸弹体对4层钢筋混凝土薄靶的贯穿破坏特性,开展了实验与仿真研究。以300 mm口径平衡炮作为发射平台,驱动280 kg截卵形弹体以337 m/s低速正贯穿4层抗压强度为41.8 MPa的钢筋混凝土薄靶,发现靶板破坏区域由锥形前坑区和后坑区组成。在此基础上建立了弹体正贯穿钢筋混凝土薄靶的破坏模型,并对破坏特性相关因素进行了分析。建立了有限元数值仿真模型,采用有限元分析软件LS-DYNA对整个贯穿过程进行了计算。将数值仿真结果与实验结果进行了对比,结果表明：速度及动能消耗最大误差分别为0.82%和6.21%,一致性较好;建立的数值仿真模型可用于弹体对多层靶侵彻能力的预估。     

弹丸侵彻装甲钢板过载特性数值模拟

利用LSDYNA3D软件,研究了弹丸侵彻装甲钢板的过载特性,针对几种典型的弹丸初速度、着角以及靶板厚度进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹丸侵彻加速度过载曲线,分析结果表明着速、着角及靶厚对侵彻过载有很大影响,为硬目标侵彻引信的设计及装甲防护技术提供了参考.     

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...     

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。     

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。     

弱约束抛撒条件下子弹对靶板扩孔能力研究

为提高在弱约束抛撒条件下子弹的毁伤效果,采用数值模拟与实验相结合的方法对薄壳子弹以不同攻击姿态对金属靶板的扩孔能力进行研究。建立子弹侵彻金属靶板的有限元模型,对不同着角、攻角情况下的穿甲过程进行数值模拟;对子弹各部件过载及装药安定性进行分析,并完成了不同工况下扩孔情况的计算。计算结果与实验结果一致性很好,相对误差小于10%。结果表明,该方法适合于弱约束抛撒条件下子弹对靶板的扩孔能力研究。     

弹丸侵彻运动钢板的数值模拟

针对反舰弹丸打击运动目标,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对反舰弹丸侵彻不同组合模式、运动状态钢板的过程进行了数值模拟,分析了钢板的单层厚度、总厚度、运动状态对反舰弹丸侵彻过程的速度、姿态及受力状态的影响特性.数值模拟结果表明,钢板的总厚度是影响弹丸速度变化的主要因素,单层钢板的厚度是影响弹丸姿态和壳体应力状态的主要因素,钢板运动对弹丸速度变化和壳体应力状态的影响相对较小,但对弹丸的姿态影响较大.     

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。     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

动能毁伤弹丸撞击多层靶板的区域性毁伤特性研究

为研究动能毁伤弹丸对航天器内部结构的毁伤特性,提出了一种穿透航天器外壳后区域性散布毁伤元的动能毁伤弹丸。根据空间卫星的结构特点设计了多层等效靶板,进行了动能毁伤弹丸撞击多层靶板的验证试验。对试验过程进行有限元动力学仿真,并将仿真结果与试验结果进行一致性对比,采用该模型研究了不同形状毁伤元的毁伤特点。研究结果表明:动能毁伤弹丸在穿透2 mm厚铝板后弹壳破碎释放毁伤元,且不会穿透最后一层靶板产生额外空间碎片,毁伤方案的可行性较高; 不同形状毁伤元中球形毁伤元毁伤内部结构的效果最好,立方体毁伤元穿透外壳的效果最好。