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。     

复合反应破片对钢靶侵彻的实验研究

研究了钢壳与两种配方反应材料组成的复合反应破片对薄钢靶的侵彻毁伤效果,利用12.7 mm口径弹道枪发射复合反应破片和惰性破片对A_3钢板侵彻试验,采用高速摄影观察破片穿靶过程.试验结果表明,两种配方复合反应破片侵彻靶板过程中都产生燃爆效应,钛粉和聚四氟乙烯配方反应材料复合反应破片的爆燃效果好于铝粉和聚四氟乙烯配方;复合反应破片穿靶过程毁伤能力随壳体厚度增加而增大;复合反应破片的穿靶孔径比同尺寸惰性破片提高约40%.     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

回火温度对50SiMnVB钢壳体形成破片性能的影响

为了获得不同回火温度条件对壳体形成破片性能的影响规律,选取3种回火温度下的50SiMnVB钢作为壳体材料,通过破片初速测定试验与水井静爆破片回收试验研究了50SiMnVB钢壳体形成破片的速度及质量分布等性能,并应用AUTODYN-3D有限元软件仿真研究了50SiMnVB钢壳体膨胀破碎形成破片的过程及破片速度、质量变化规律。研究结果表明,随着回火温度的不断升高,50SiMnVB钢壳体的破碎程度随之降低,形成破片的总数逐渐减少,但质量在1.0 g以上的有效破片数目逐渐增加,相对提高了77.4%,而不同回火温度条件对50SiMnVB钢壳体形成破片初速影响不大。     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用14.5 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.～1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

破片对复合壳体装药冲击起爆判据的研究

为了研究破片对复合壳体装药的抗破片冲击起爆问题,在破片冲击起爆单层壳体的James临界能量判据的基础上,提出了多层复合壳体结构的冲击起爆临界能量判据。通过仿真对装药为B炸药、厚度为6~12 mm的不同壳体层进行了破片的冲击起爆研究,并将仿真结果与理论结果相比较,表明仿真结果和理论结果吻合较好。所提出的多层复合壳体装药冲击起爆临界判据具有较好的预测性,采用硬-软-硬的波阻抗匹配复合壳体结构能够显著提高带壳装药冲击起爆的临界速度。     

螺旋切缝对PELE毁伤性能的影响研究

为了研究壳体螺旋切缝对PELE毁伤性能的影响规律,针对切缝数量N、切缝深度H、扭转程度T 3个因素,借助有限元软件并结合随机失效和断裂软化算法开展数值模拟研究,对比已有试验验证了仿真模型的可靠性。结果表明,T变化会对靶后破片的破碎性能和飞散性能产生较大的影响。T增大使破片有更好的破碎性能,形成的破片质量分布具有较大区别,破片排布呈螺旋状且平均飞散面积增大,破片之间空隙变小,提高了杀伤概率,T大于1.5后弹丸前端破碎程度加深,形成的破片数量增多,质量减小。通过正交优化方法确定了3因素3水平的数值模拟方案,对仿真数据进行极差分析得到T是影响PELE出孔孔径的主要因素,N次之,H最小,该研究设定的工况条件下,N=8,H=1.5 mm,T=1.5时,靶板的出孔孔径最大。     

大口径榴弹自然破片形成过程

为获得典型大口径常规战斗部自然破片质量分布、破片初速等变化规律,利用水井爆炸装置,对某155 mm大口径榴弹自然破片的形成过程进行了破碎性试验研究,并与Mott公式预测计算结果进行了对比;同时基于Stochastic随机失效模型,采用AUTODYN软件对试验榴弹自然破片形成过程作进一步仿真模拟,获得了破片质量分布、破片初速等变化规律。仿真结果表明:4 g以上的破片数量与试验结果吻合较好,总体分布趋势基本完全一致,4 g以下的破片数量存在误差。     

格栅结构对复合毁伤战斗部影响研究

为了研究格栅结构对复合毁伤战斗部影响,文中通过数值模拟技术分析了复合毁伤战斗部成型过程,研究了格栅对钨球预制破片的影响,以及不同单元格形状、不同安置位置、不同单元格大小对MEFP成型的影响.研究结果表明,该结构战斗部可以形成有效的复合毁伤破片群.加装方格状格栅的战斗部MEFP成性较好.另外,药型罩与装药壳体底部之间的距离为5 mm,单元格边长为10 mm时MEFP成型较好.     

壳体厚度对TNT炸药快速烤燃响应的影响

采用自行设计的快速烤燃试验方法,测试厚度为2,4,6 mm梯恩梯(TNT)装药壳体的响应状态,结合TNT的高压差示扫描量热(PDSC)分解特性,研究了厚度对炸药装药响应的影响.结果表明:在快速烤燃试验条件下,壳体厚度由2-6 mm变化时,TNT炸药均为爆炸反应等级;壳体厚度变化对TNT炸药响应等级没有显著影响,但炸药装...     

高能束控制破碎钨合金壳体破碎效果研究

采用高能束控制破碎技术对93W材料、复合钨合金壳体进行破片预制,通过静爆沙箱回收试验对破片进行回收分析。结果显示:不同C/M比、不同壳体壁厚高能束控制破片均能按预想方式达到破片断裂目的,破片控制率达到95%以上。设计时要根据不同C/M比、不同壳体壁厚有效调整高能束控制破碎参量,使之达到较好的控制效果。     

聚能装药金属射流在天线中的应用研究

瞬态小型化天线是天线技术研究的热点。针对聚能金属射流在小型化天线上的应用问题,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,以装药直径为50 mm锥形聚能装药为研究对象,进行了聚能金属射流天线形成偶极子天线理论分析。利用有限元软件LS-DYNA,对装药结构、炸药材质形成的聚能金属射流天线适用性开展数值仿真研究。研究结果表明：聚能装药形成的金属射流天线满足瞬态小型化特点,具有与波长匹配的长度、连续性和良好接口;聚能金属射流作为电磁脉冲辐射天线使用时需要具有一定长度和杵体,射流直径和杵体直径有过渡且杵体变化较小,可获得较大增益,金属射流在未完全成型时输入阻抗最小;小锥角罩形成的金属射流更能满足天线要求;药型罩厚度为2.1~2.3 mm时,形成的金属射流天线长度最大,存在一个辐射频率极值;B炸药装药形成射流天线的速度大于JH-2炸药和梯恩梯炸药,且B炸药装药爆炸产生金属射流的断裂时间最佳,最大杵体半径适中,断裂时可用天线长度最长,作为天线应用时可辐射的频率范围最大,更适合作为聚能金属射流天线使用。     

一种超聚能装药结构的仿真

为了得到一种新型的可形成较传统射流更高速度的聚能装药结构,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对其成型过程进行了数值仿真,并应用应力波基础、冲击力学等相关理论进行分析。研究表明：选用铜、钽、钨作为“蘑菇形”药型罩的材料可以得到速度在8800～13000 m／s且具有良好成型效果的高速射流。分析了药型罩壁厚和下辅助药形罩二的半径结构参数对射流速度的影响,结果表明,减小药型罩厚度或增大下辅助药形罩的半径可以有效提高形成射流的速度,但速度超过13700 m／s后成型效果变差。根据研究成果可以得到“蘑菇形”药型罩各部分材料的搭配规律及其成型规律。     

环形聚能装药水射流成型过程的数值研究

为了研制快速、易携带的水射流排爆装置,采用AUTODYN软件对TNT、水、塑料构成的特殊形状聚能装药结构进行了二维数值模拟,计算了不同炸药厚度下水射流形成过程,得到了水射流形状随时间的变化规律,分析了炸药厚度对射流速度的影响。结果表明: 该聚能装药结构是可行的,能够按照设想形成杵状射流; 水射流的头部速度和平均速度均随炸药的厚度增加而提高。 对于本研究给出的装置结构,当炸药的厚度为4~6 mm时,水射流的头部速度范围为861~1182 m·s-1,射流的平均速度范围为393~571 m·s-1,射流的速度满足理论计算的排爆要求。      

射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲冲击波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs^-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。     

爆炸成型弹丸成型过程中的断裂数值模拟及机理分析

为研究爆炸成型弹丸(EFP)轴向断裂机理,采用有限元分析软件LS-DYNA,引入Johnson-Cook失效模型及自适应算法,对典型EFP装药结构不同外曲率球缺形药型罩OFHC铜EFP成型过程中的断裂进行数值模拟,并通过实验进行验证。采用应力波理论分析了长杆形EFP轴向断裂机理并确定了速度梯度断裂临界值。研究结果表明:基于Johnson-Cook失效模型及自适应算法,采用LS-DYNA软件可较好地模拟EFP成型过程中的断裂现象;对于特定EFP装药结构的球缺形药型罩,存在药型罩曲率临界值使长杆形EFP发生轴向断裂;应力波理论计算所得速度临界值(60~83 m/s)与数值模拟所得EFP速度梯度断裂临界值(76 m/s)吻合较好。该研究结果对OFHC铜EFP的设计具有参考意义,理论分析方法可应用于确定长杆形EFP的速度梯度断裂临界值,并为新材料在EFP药型罩中的应用提供参考。     

环形射流和中心爆炸成型弹丸组合战斗部对混凝土墙的破孔特性

为解决墙体大孔径开孔问题,设计了一种可以对混凝土墙体形成较大开孔的环形射流和中心爆炸成型弹丸（EFP）组合战斗部。针对环形射流成型过程中容易发生扭曲偏斜的问题,提出了变壁厚环形药型罩,通过两个偏心圆来实现环形药型罩的变壁厚,并用偏心距来决定壁厚变化的梯度。通过数值模拟,对4种不同壁厚变化梯度的环形药型罩成型过程进行分析,研究环形射流和中心EFP组合战斗部对混凝土墙体的破孔特性,得到壁厚变化梯度对环形射流形态的影响规律,确认最优的环形药型罩结构,保证环形射流具有良好的密实度和形态的同时也具有一定的外扩角度。试验验证了组合战斗部的破孔能力,结果显示组合战斗部可以对混凝土墙体形成直径大于2.5倍装药口径的通孔。     

杀伤爆破弹弹体异常淬火时弹底大破片形成机理

以某杀伤爆破弹爆炸产生回飞弹底大破片事故为背景,开展弹底大破片产生原因和相关故障分析。利用金相显微镜观察、比较实际回收的弹底大破片和正常弹体的微观组织,测试获得材料性能参数。据此,采用AUTODYN-3D软件数值模拟不同拉伸破坏极限下异常淬火弹体内爆驱动弹底膨胀、断裂过程,得到弹底断裂状态、速度分布及裂纹衍生等。通过异常淬火弹体进行静爆试验,复现了故障状态。结果表明：异常淬火弹体与弹底大破片的微观组织均会出现大量回火索氏体与上贝氏体混合组织,提高了材料塑性和屈服强度;随着弹体拉伸破坏主应力提高,爆炸加载后的弹底由完全断裂形成的数块破片,逐渐过渡为带裂纹、层裂破坏区的弹底大破片,且数值模拟结果与实际回收的弹底大破片形貌、尺寸吻合较好;发生在弹底的断裂模式包括轴向“崩落”、外侧层裂以及径向裂纹的衍生与扩展;异常的淬火过程改变了弹体材料性能,将导致内爆加载下弹底大破片的产生,进而造成回飞事故。     

陶瓷橡胶复合装甲防护性能影响因素研究

为研究倾角和复合靶板各层厚度变化对陶瓷橡胶复合靶板防护性能的影响,通过优化对比网格划分疏密程度,获得与实验较接近的仿真结果,在此基础上,对倾角或复合各层靶板厚度不同时聚能射流侵彻陶瓷复合靶板的过程进行数值模拟仿真研究。结果表明:随着倾角的增大,陶瓷橡胶复合靶板对聚能射流的扰偏作用越明显,射流剩余速度越低,偏转角越大,复合靶板的防护性能越强;当复合靶板各层厚在3~5 mm内变化时,利用正交试验的方法得到面板厚为5 mm、夹层厚为3mm和背板厚为5 mm,复合靶板的防护性能相对较强。     

平顶尺寸与起爆环半径对复合药型罩形成射流的影响

为研究复合药型罩平顶尺寸与起爆环半径对射流头部速度及成形的影响,对不同平顶尺寸和起爆环半径的铜-铝复合药型罩进行数值模拟.利用AUTODYN-2D模拟药型罩的变形和射流的形成及断裂的过程,仿真平顶尺寸对射流的影响、起爆环大小对双层药型罩形成射流的影响、平顶尺寸与起爆环半径对射流成形的影响,并分析外罩挤破内罩状况.结果表明:小起爆环半径时,药型罩平顶尺寸越小,射流头部速度越高;大起爆环半径时,较大的平顶尺寸可获得较高的射流头部速度,平顶尺寸增加到装药口径20％左右时,成形中会出现内罩挤破外罩的现象.