药型罩材料性能参数对双模毁伤元成型的影响

针对不同药型罩材料在多模战斗部中的应用问题,研究了药型罩材料性能参数对双模毁伤元爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型的影响。基于Johnson-Cook本构模型,采用单一变量法改变材料参数取值,应用ANSYS/LS-DYNA软件仿真计算了材料特征参数对双模毁伤元成型的影响。对铝、铁、铜三种药型罩材料的毁伤元成型进行了X射线成像验证试验。结果表明,双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比随准静态下的屈服应力、应变硬化系数、应变率相关系数、温度相关系数、应变硬化指数取值的增加均呈指数递减。密度对双模毁伤元EFP和JPC头部速度影响最大。屈服应力、硬化系数对EFP毁伤元长径比影响最大。拟合获得了考虑材料性能影响的双模毁伤元头部速度及长径比计算公式。铝、铁、铜三种材料形成的双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比的计算结果与试验结果误差小于10%,显示二者结果吻合较好。     

钢/铝/钢复合药型罩形成毁伤元数值模拟研究

为提高战斗部毁伤能力,设计一种钢/铝/钢复合变壁厚球缺型药型罩战斗部,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟药型罩材料为钢、铝以及钢/铝/钢时毁伤元的成型状态,比较3种不同毁伤元对30 mm装甲钢靶板的毁伤效果,研究曲率半径对EFP性能的影响。结果表明:铝材药型罩形成的杆式侵彻体速度与长径比最大,钢材药型罩形成的EFP速度与长径比均很小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP速度、长径比均介于纯铝、纯钢之间;纯铝、纯钢药型罩形成的毁伤元对靶板的侵彻孔径随侵彻深度的增加而减小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP对靶板的侵彻效果较好,能够产生横向效应,且随着药型罩曲率半径逐渐增大,复合EFP的横向效应越明显,速度与长径比也逐渐增大。     

多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究

起爆方式对双层药型罩爆炸成型弹丸（EFP）成型特征参数及终点毁伤效应具有重要影响。基于双层药型罩EFP战斗部静爆试验结果,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆点数目对双层药型罩EFP战斗部成型及侵彻特性的影响规律。研究结果表明：当起爆点数目在4～8时,双层药型罩EFP战斗部可起爆成型具有良好空气动力学特性及优良终点毁伤效应的带尾翼大长径比聚能侵彻体;当起爆点数目为6时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体终点毁伤效应的最大侵彻深度达到1.07倍的装药口径,较端面单点中心起爆方式获得侵彻体侵彻钢靶的最大深度提高了32%.     

双层药型罩EFP战斗部性能参数的灰色系统理论分析及实验研究

通过LS-DYNA有限元软件计算得到不同装药结构的双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)战斗部成型侵彻体的特征参数,利用灰色系统理论分析了药型罩材料密度、曲率半径、厚度比以及装药密度、装药长径比(L/D)对成型侵彻体不同特征参数的影响规律。基于灰色系统理论分析结果设计了不同装药结构的双层药型罩EFP战斗部并进行了毁伤效应实验研究。实验结果表明当内外药型罩的厚度比为1.33时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体的侵彻深度达到0.67倍装药口径,是具有相同装药结构EFP战斗部成型侵彻体侵彻深度的两倍左右;具有Cu-Cu或Cu-Fe药型罩组合方式的双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体在侵彻深度方面的能力大致相当,但是Cu-Cu药型罩组合方式的战斗部成型侵彻体侵彻钢板的形状近似呈圆形。     

网格密度对聚能侵彻体成型有限元仿真的影响

针对仿真模型的网格密度对聚能侵彻体成型的影响问题,通过LS-DYNA仿真软件和X光成像试验的对比研究,得到了网格密度对毁伤元EFP和JPC速度、长径比等成型参数的影响规律。结果表明,当取装药网格尺寸为0.024倍装药口径时,满足聚能侵彻体成型计算精度的药型罩轴向网格尺寸应为0.4～0.6倍装药网格尺寸。     

双模毁伤元EFP和JPC结构匹配研究

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对双模毁伤元EFP和JPC形成的影响规律.通过改变弧锥结合罩的锥角、圆弧曲率半径和药型罩壁厚,对比分析形成的毁伤元性能规律,得出药型罩结构参数对EFP和JPC长度、长径比、速度等成型参数的影响规律.结果表明:弧锥结合罩的圆弧曲率半径、锥角和壁厚存在最优值,锥角在140...     

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。     

新型包覆式双材质杆状EFP成型的数值仿真研究

为提高对近距离(4~5倍装药口径)轻型装甲的毁伤,基于PELE毁伤机理设计了一种包覆式双材质药型罩。运用ANSYS/LS-DYNA软件对大锥角变壁厚药型罩形成EFP进行数值仿真,研究药型罩锥角与装药长径比以及壁厚变化率对EFP成型的影响,对比分析其成型效果以得到较理想的侵彻体装药结构。结果表明:装药长径比是影响EFP速度的主要因素,锥角是影响EFP长径比的主要因素;药型罩锥角为149°左右、壁厚变化率为10.0%左右、装药长径比为0.8时可以形成较理想的杆状EFP,此时EFP的稳定速度约为2 598 m/s。最后通过传统单材质杆状EFP和该新型双材质杆状EFP侵彻靶板仿真,得出该新型包覆式双材质杆状EFP在侵彻靶板时能够产生类似PELE的横向效应,比单材质杆状EFP对靶板后部有更好的毁伤能力。     

爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元仿真与试验研究

针对钽材料在多模战斗部中的应用问题,开展爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元可行性研究。利用霍普金森压杆试验测试钽材料动力学性能,采用LS-DYNA有限元软件仿真研究钽药型罩结构参数（锥角、曲率半径、壁厚）对双模毁伤元(爆炸成型弹丸和聚能杆式侵彻体)成型的影响规律,找出了双模毁伤元成型较好的参数取值范围：锥角140°~150°,圆弧半径0.45~0.55倍装药口径,壁厚0.02~0.024倍装药口径;结合正交设计确定了钽药型罩战斗部最佳结构参数组合,并进行了X光成像试验。研究结果表明：成像试验结果与仿真结果吻合较好,误差均控制在15%之内;与紫铜药型罩相比,钽爆炸成型弹丸毁伤元实际侵彻深度提高55.4%,验证了钽适宜作为多模战斗部的药型罩材料。     

锥角对具有PELE效应的EFP成型影响的数值仿真分析

为增强反轻型装甲目标弹药的毁伤能力,提出了一种内含低密度装填材料的变壁厚弧锥结合药型罩。使用有限元软件LS-DYNA分析了各锥角对爆炸成型弹丸(EFP)成型的影响规律和EFP对靶板的侵彻效应,拟合得到EFP成型参数曲线与EFP成型速度的曲线方程。结果表明,药型罩内锥角α_1取166°～170.2°,装填物内锥角α_2取160°～166°,装填物外锥角α_3取140°～152°,药型罩外锥角α_4取132°～140°时EFP成型速度较快、成型效果较好;α_3对EFP成型速度、长度与径向尺寸影响最大,α_1,对EFP中心厚度影响最大。基于研究结果对药型罩结构进行优化,优化后的药型罩能够形成具有明显横向效应增强型侵彻体(PELE)效应的EFP,在射入靶板时对其扩孔,并在穿透靶板后碎裂形成高速破片对目标内部进行二次毁伤。     

多点起爆方式对EFP侵彻能力增益的研究

为了提高爆炸成型弹丸EFP的侵彻能力,选择环形多点起爆的方式形成EFP侵彻体。利用有限元程序LS-DYNA模拟不同起爆半径、药型罩弧度半径和药型罩切边角对EFP成型的影响规律,通过优化得到了2个成型较好的EFP结构。结果表明:相比中心点起爆方式,多点起爆方式形成的2个EFP速度分别提高了14%和11.6%,长径比分别提高了100%和13.2%,密实度分别提高了95.3%和72.1%,侵彻深度分别提高约1.54倍和0.378倍。3个参数中,起爆半径和药型罩弧度半径对EFP的速度、长径比影响较大,对密实度影响较小; 药型罩切边角对EFP的密实度影响较大。     

爆炸成形弹药型罩材料的现状和趋势

综述了高密度爆炸成形弹药型罩材料的发展现状和趋势,对爆炸成形弹丸技术进行药型罩材料发展状况分析。国内外为了提高爆炸成形弹的侵彻威力,特别是结合对铁、铜、钽、铀、钼、银等药型罩材料在爆炸成形弹上的研究及应用进行综合分析,综合考虑设计药型罩时的罩材成本、材料、炸药爆速及结构的匹配关系,通过各类药型罩材料装备于武器在战场上的应用,对其材料特性及在爆炸成形弹上的应用进行分析。     

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。     

双模战斗部结构正交优化设计

应用LS-DYNA仿真软件,结合正交优化设计方法,对弧锥结合形药型罩双模战斗部进行了正交优化设计研究.分析了结构参数(圆弧曲率半径、锥角、药型罩壁厚及装药高度)对双模毁伤元成型性能的影响规律,同时讨论了弧锥结合罩的弧度部分与锥度部分比例的大小对双模成型的影响.数值模拟结果表明:两次优化结果均说明药型罩壁厚是确定头部速度的主要因素,锥角是确定长径比和头尾速度差的主要因素;当第二次优化的各因素水平分别为圆弧曲率半径是0.45倍装药口径,锥角是145°,壁厚是0.04倍装药口径,装药高度是1.0倍装药口径,即弧度部分所占的比例较小时,得到的爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型效果都较好.     

复合式侵彻体斜侵彻多层钢靶弹道研究

为优化弹体头部外形,减小侵彻过程头部侵蚀对弹道偏转的影响,进而提升弹体斜侵彻多层靶弹道稳定性,设计了一种复合式侵彻体,利用ANSYS/LS-DYNA,计算了复合式侵彻体以500～800 m/s速度侵彻3层间隔钢靶的弹道偏转情况,对比了复合式与整体式侵彻体弹道偏移量,探讨了帽罩材质对复合式侵彻体弹道的影响机制,并进行了实...     

爆炸反应装甲对爆炸成型弹丸侵彻效应影响的实验研究

为揭示三明治结构爆炸反应装甲（ERA）对爆炸成型弹丸（EFP）侵彻效应的影响,开展了铜质杆式EFP对披挂典型斜置角ERA主靶板的侵彻效应实验。采用脉冲X光摄影方法拍摄了EFP与ERA相互作用的图像,并获得了EFP对主靶板的剩余侵彻深度（RDOP）。实验结果表明,EFP对披挂ERA主靶板的RDOP随着ERA斜置角的增大而呈非线性下降,相对无ERA时的侵彻深度下降百分比呈指数增长的变化趋势。ERA炸药层厚度为0.027D（D为装药口径）时,当斜置角为0°和30°时,EFP的RDOP和相对侵彻深度下降百分比变化较小;当斜置角从30°增大到60°时,EFP的RDOP从0.50D减小至0.19D,相对侵彻深度下降百分比则从41%迅速增大到77%. 随着ERA炸药层厚度的增大,EFP的RDOP减小、相对侵彻深度下降百分比增大。其中, ERA炸药层厚度为0.027D时的相对侵彻深度下降百分比比ERA炸药层厚度为0.018D时平均增大8%.     

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。     

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.     

整体多枚爆炸成型弹丸战斗部试验研究及数值模拟

为提高爆炸成型弹丸(EFP)的命中概率和炸药装药利用率,通过在药型罩上预制沟槽和开孔的办法,设计了一种新型整体多枚爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部。靶场静爆试验和数值模拟表明,这种MEFP战斗部能够产生预期的3枚成型弹丸。每枚成型弹丸均可穿透两层15 mm厚叠放的25SiMnMo装甲板,试验靶板上弹孔呈等边三角形分布,有效地提高了命中概率。这种MEFP战斗部对靶板总的穿透毁伤面积较结构相似的单枚EFP提高3倍以上。