基于BP神经网络和遗传算法的环形药型罩优化

环形聚能装药相比传统的聚能装药具有侵彻口径大的优势,为了得到可以形成稳定的环形聚能射流的最优环形药型罩结构,提出了一种将数值模拟结果与BP神经网络相结合,并通过遗传算法对环形药型罩进行优化设计的方法。首先,利用正交试验法对环形药型罩进行方案设计,得到各因素对环形聚能射流稳定性的重要程度,其次利用LS-DYNA软件进行数值模拟得到最初的样本数据,然后通过MATLAB软件拟合出神经网络训练所需的样本数据,接着将环形药型罩结构参数作为BP神经网络的输入,射流头部速度、射流横向速度、射流长度分别作为输出进行训练,同时将测试值作为适应度,最后结合遗传算法选择最优的环形药型罩结构参数。研究结果表明:影响环形聚能射流成形的主要因素是药型罩口径和锥顶角,次要因素为药型罩罩顶厚、内罩偏移量和外罩偏移量; 当药型罩罩顶高为0.81 mm,药型罩口径为15.43 mm,罩顶角为61.89°,内罩偏移量为11.38%,外罩偏移量为14.36%时所形成的环形射流形态比正交实验所得环形聚能射流更好。     

基于LS-DYNA的串联聚能战斗部前级装药结构研究

设计了一种小长径比变锥角前级装药结构,利用LS-DYNA有限元分析软件,采用多物质ALE算法,分别对锥形和变锥角装药结构在中心和环形起爆方式下的射流形成过程进行了数值模拟。仿真结果表明,文中设计的变锥角装药结构在环形起爆方式下形成的射流直径大、杵体小、速度梯度小,更符合串联聚能战斗部前级装药的特性要求。     

一种M型药型罩形成环形射流的数值模拟研究

对串联战斗部前级聚能装药开孔不大的问题开展了研究,提出了一种M型药型罩,通过分析该药型罩结构设计的原理,运用ANSYS／LS-DYNA仿真软件对该药型罩形成环形聚能射流进行了数值模拟研究。结果表明：M型药型罩能够形成直径较大的环形射流,射流持续稳定;军用领域,能够用作串联战斗部的前级药型罩,对靶板切割成一定孔深且孔径大的环形孔,方便后级随进战斗部对靶板形成充塞破坏;民用领域,可以对一定厚度的靶板进行快速打孔。     

基于ANSYS／LS-DYNA的聚能射流侵彻装甲钢的有限元分析

利用ANSYS／LS-DYNA有限元大型工程分析软件，采用Johnson_Cook动态本构模型和多物质ALE算法，对某火箭弹中所用子弹进行聚能装药射流形成、侵彻钢板过程的数值仿真，得到与试验结果相近的聚能射流形成和侵彻的物理现象和规律，验证了该模型和数值算法的合理性。在聚能破甲战斗部的工程设计中有一定借鉴意义。     

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。     

超聚能射流形成过程机理研究

提出一种超聚能射流形成的理论计算方法,给出了附加装置材料密度、厚度和药型罩锥角、密度、厚度与超聚能射流速度、有效质量之间的关系。基于非线性显式动力学分析软件AUTODYN,进行了超聚能射流形成过程数值模拟,其结果与理论计算结果基本一致。通过超聚能射流侵彻试验,证明试验结果与数值模拟结果吻合较好。研究表明：在一定范围内,随着药型罩锥角的增大,超聚能射流速度逐渐减小、质量逐渐增大;超聚能射流速度、有效质量及侵彻能力远大于传统聚能射流。     

聚能射孔弹射流侵彻钢靶数值仿真研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对聚能射孔弹的射流形成、侵彻钢靶过程进行了数值仿真研究,揭示了射流侵彻过程中发生的一些物理力学现象及机械效应,并进行了仿真结果验证试验.结果表明,计算结果与射孔弹打靶试验结果之间的相对误差在10%以内,验证了该数值仿真模型和算法的合理性.本研究对聚能射孔弹的设计与研发具有一定的指导意义.     

聚能射流对靶板侵彻的数值仿真

利用AUTODYN非线性动力学分析软件,采用Johnson Cook动态本构模型和多物质Euler算法,对某子母弹的子弹聚能射流形成、侵彻钢板过程进行了数值仿真,得到与试验结果相近的聚能射流形成和侵彻的物理现象和规律,验证了该模型和数值模拟的合理性,为该弹的测试和鉴定提供一些理论依据,对聚能破甲战斗部的工程设计具有重要的应用价值。     

射流侵彻混凝土靶的靶体阻カ计算模型与数值模拟研究

针对混凝土材料特性，应用球形空腔膨胀理论，得到了靶体阻力计算模型。通过与实验对比，验证了靶体阻力模型的可靠性。应用AUTODYN-2D程序对不同药型罩锥角条件下的射流形成以及射流侵彻混凝土靶过程进行了数值模拟。通过与闪光X射线高速摄影测量结果的对比，验证了聚能射流形成数值仿真结果的可靠性。通过数值仿真得到射流速度分布，从而得到虚拟原点位置。将数值仿真得到的侵彻空腔孔型与理论分析结果进行对比，二者吻合得很好。结果表明，应用本文空腔膨胀模型计算混凝土靶体阻力是可行的、可靠的。     

水下聚能爆破技术研究

利用有限元软件LS-DYNA,使用流固耦合算法对聚能装药在水下爆炸、射流形成及其在水中的运动进行了仿真,同时也对射流侵彻靶板的过程进行了模拟计算,直观地说明了水下聚能爆破现象,对射流速度、破甲过程进行了深入研究。最后,通过工程试验验证了所设计的结构。试验后射流侵彻靶板所形成的破坏效果明显,满足工程实际要求。     

环状喷口对底排尾部流场影响的数值模拟

为了增强底排尾部流场中增压减阻的效果,提出一种环状喷口模型。采用有限体积法编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对底排尾部流场进行数值模拟。数值模拟和底排实验进行对比验证,结果较吻合。在此基础上,数值研究环状喷口对底排尾部流场的影响。结果表明,随排气参数增大,环状喷口模型的底压始终高于圆孔喷口模型的底压。和圆孔喷口相比,环状喷口能削弱环状回流区,使底排气体更容易流入剪切层,避免引射现象的发生。环状喷口越靠近底部边缘,底排的增压减阻效果越好。     

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。     

单锥罩成型装药环起爆对侵彻体形成的影响研究

采用LS-DYNA数值仿真软件，研究了单锥罩成型装药在典型的正向和逆向环起爆下，药型罩锥角、壁厚、壁厚差等结构参数对侵彻体形成的影响。仿真结果表明：当锥角小于120°时，逆向和正向环起爆均可获得高速金属射流；锥角大于135°时，正向起爆可形成杆式射流。仿真结果与试验结果吻合较好。     

瞬态泄压条件下不同喷口结构的底部排气弹尾部流场特性

为了分析底部排气（简称底排）弹出膛口时,底排燃烧室瞬态泄压过程中喷口结构对底排弹尾部流场特性的影响,采用改进的对流迎风矢通量分裂（AUSM+）格式、SST k-ω湍流模型,编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程。通过数值模拟方法研究环型喷口和圆孔型喷口底排弹尾部流场结构和特征参数变化,对比分析了不同喷口尺寸下的底排弹尾部流场特性。计算结果表明：在泄压过程中,圆孔型喷口尾部流场由高度欠膨胀射流发展为亚音速射流,而环型喷口尾部流场由高度欠膨胀环状射流在中心轴线上挤压形成中心射流后,再发展为亚音速环状射流;环型喷口在泄压后期有效削弱船尾拐角处的膨胀波,流线更为平滑;在泄压中后期,环型喷口底部平均静压和平均静温更高,增压减阻效果更好;同种喷孔排气面积比越大,降压速率越快,压力回升过程越慢,但排气面积比对泄压过程末态流场参数影响较小。     

环形切割器药型罩方案优化设计

在反舰导弹串联战斗部前级环形切割器的设计中优选药型罩材料。通过数值模拟,对铜、钨、铁三种单质药型罩,以及一定比例的两种铜钨复合药型罩的切割效果进行分析。结果表明,五种药型罩方案均能贯穿100mm靶板。铁药型罩和铜含量较少的复合药型罩在靶板底部形成射流堆积巢,钨药型罩和铜含量较多的复合药型罩贯穿后剩余速度较低,切割时间较长。最终确定以铜作为环形切割器的药型罩材料。该结论有助于新型串联战斗部的优化设计。     

Numerical Simulation on New Perforator

To study a new shaped charge of perforator, the jet formation and penetration processes in concrete targets are simulated numerically by using LS-DYNA finite element analysis software. The results show that the cylindrical liner can form jet and most materials on top of liner form the tip of jet, while the others form the tail of jet. The jet has a better continuity, and the ratio of cumulative jet length to the liner diameter can reach to 7.56. Furthermore, the ratio of bore diameter to the liner diameter is from 0.36 and 1, and the ratio of penetration depth to the liner diameter can be up to 5.5.     

水蒸气喷射泵优化设计

以工作蒸汽耗量最小为优化目标,基于喷射泵理论,确定了目标函数方程,建立了水蒸气喷射泵的计算模型,开发了喷射泵优化设计软件,结合实例进行计算,并与采用常规设计的喷射泵进行了比较。比对计算结果表明,采用喷射泵的优化设计可以节约18%的工作蒸汽。     

射流形式及其侵彻多层金属靶的实验研究

介绍几种聚能装药对多层金属靶的破坏效果，并对聚能装药的结构设计与破坏效果的相互关系进行了分析与讨论，在此基础上，运用改进的MOCL程序对不同锥角的大锥角聚能装药的射流形成，以及侵彻多层靶板的过程进行了数据模拟。