长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

长杆弹超高速侵彻金属靶体的实验和模型分析

长杆动能弹体超高速侵彻金属靶板的终点效应是坦克、装甲车和舰船等装备防护设计和穿甲毁伤评估研究的重点。基于已有的大量长杆弹超高速(着靶速度达5.5 km/s)侵彻实验数据,详细讨论了弹体尺寸效应、长径比、弹靶材料和弹体头部形状等参数对长杆弹侵彻深度的影响。进一步结合4组不同弹靶材料的长杆弹侵彻实验数据,对比分析了已有4个长杆弹高速侵彻金属靶体经典理论模型的预测效果,给出了各模型的使用建议。得出的结论可供武器毁伤和金属装甲效能评估和设计参考。     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。     

杆弹头部形状对侵彻行为的影响及其机制

为探讨不同靶板类型时杆弹头部形状对侵彻行为的影响,对几种头部形状杆弹进行了数值仿真。研究表明:靶板为4340钢且入射速度较小时,杆弹头部形状对侵彻行为有一定的影响,最优头部形状是半球形,速度较大时,头部形状只在开坑阶段对侵彻行为造成影响,对弹体的最终侵彻效率影响并不大;靶板为混凝土时,头部形状对侵彻行为有很大的影响,卵形头部弹体的侵彻能力明显强于其它两种头部形状的弹体;并对其影响机制进行了深入的研究。     

杆式动能弹斜侵彻横向运动靶板影响因素的数值模拟

利用LS-DYNA3D有限元软件对钨合金长杆弹斜侵彻运动靶板进行了数值模拟研究,从长杆弹剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了动能弹体斜侵彻横向运动靶板的能力。从中得出了弹体的变化规律和靶板的物理图像,结果表明:长杆弹初速度及长细比、靶板运动方向及速度、靶板的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响。     

长杆弹截面形状对垂直侵彻深度的影响

结合现有实验数据,针对圆形、矩形和三角形3种截面形状的5种93W长杆弹对半无限4340钢靶在入射速度为1500～1800m/s时的侵彻进行数值研究。结果表明:数值计算结果与实验吻合较好;对于同种入射速度、相同弹体长度、同种弹体和靶板材料而言,等截面面积的三角形截面的长杆弹侵彻深度明显高于矩形和圆形截面的侵彻深度,而圆形与矩形之间并没有明显区别;三角形截面长杆弹侵彻过程中的自锐化现象是其侵彻深度明显大于其它两种弹体的主要原因。     

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。     

超高速钨合金长杆弹对混凝土侵彻及损伤破坏的数值分析

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学计算程序LTZ-2D,分析了超高速钨合金长杆弹侵彻混凝土靶板的过程以及靶板的损伤破坏情况.计算结果表明,与低速侵彻规律相同,截卵形弹头以及较大的长径比更有利于弹体对靶板的侵彻,但对混凝土靶板造成的损伤相对较小;由于弹体失效的影响,存在一个临界速度,当弹体的着靶速度高于临界速度时,弹体对靶板的侵彻能力随着撞击速度的提高而降低.     

不同头部形状半穿甲战斗部侵彻薄钢板数值模拟?

为研究头部形状对半穿甲战斗部侵彻性能的影响,运用ANSYS/LS-DYNA对不同头部形状半穿甲战斗部侵彻薄钢板进行数值模拟,并分析着角与攻角对3种不同头部形状半穿甲战斗部剩余动能与弹体偏转的影响。结果表明：垂直侵彻时,卵头弹与尖头弹侵彻性能优于钝头弹,而钝头弹能使靶板产生更大的变形;斜侵彻时,着角与攻角会使弹体发生偏转,尖头弹与卵头弹侵彻性能随着角的增加而降低,钝头弹呈先增大后减小趋势,同时小角度的攻角有利于提高弹体的侵彻性能且对弹体偏转有一定的修正作用。以上结论对半穿甲战斗部头部设计、着靶姿态的确定具有一定的参考价值。     

陶瓷/金属复合板抗侵彻问题的数值模拟

利用LS—DYNA对长杆弹垂直侵彻陶瓷／金属复合板的过程进行了数值模拟分析。计算结果与已有的实验结果吻合较好。通过研究不同陶瓷厚度下弹体侵彻的剩余速度．得到了弹体剩余速度随陶瓷厚度变化的曲线。同时改变弹体头部的形状，得到了三种不同头部的弹体侵彻速度曲线和尾部位置变化曲线。最后根据不同组分的吸能形式，就动能和内能两部分分析了复合靶板的抗侵彻机理。     

弹丸头部形状和长径比对侵彻过程的影响研究

为了研究弹丸材料强度远大于靶板材料时,弹丸的头部形状和长径比对侵彻效果的影响.利用LS-DYNA对三种不同头部形状和不同长径比的弹丸侵彻薄板和半无限厚靶板进行数值模拟,分析弹丸头部形状和长径比对侵彻效果的影响.结果表明:圆锥形头部的弹丸在侵彻薄板时能够获得更大的弹坑,并具有更强的侵彻能力,半球形头部的弹丸则在侵彻半无限厚靶板时具有更大的侵彻深度,而长径比较大的弹丸虽然具有较强的穿透能力,但随着长径比的增大,它对侵彻效果的影响逐渐减弱.     

不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究

为了研究着靶速度在1000～2000 m/s时弹丸的运动规律,分别对不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土进行研究。介绍弹丸高速侵彻混凝土的研究现状,采用数值模拟方法对其进行研究,阐述高速弹丸侵彻混凝土的数值仿真,分析不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响,并获得弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系。仿真结果表明：当速度范围在1400～1700 m/s时,锥形头部弹丸的侵彻效应要优于其他三者;当速度范围在1800 m/s以上时,卵锥形弹丸由于发生大的磨蚀与变形此时已经失效,并且在此速度范围下,其他3种弹丸的侵彻效应逐渐趋于一致。该研究结果对今后动能弹及半穿甲弹丸的弹形设计具有一定借鉴意义。     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。     

变截面长杆对半无限靶的侵彻特性分析

文中对等质量的变截面长杆侵彻均质半无限靶进行了数值分析。通过正、斜两种情况下的计算结果表明，弹体截面结构对侵彻深度有影响．尤其弹头的形状对开坑时能量损失有直接关系。这一结论可用于长杆结构设计。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

尖拱类弹丸的头形系数

定义了一个新型的用于描述一般尖拱类弹丸侵彻性能的头形系数NL，该系数是无量纲的，并且具有很强的实用性和适应性。该系数考虑了弹丸的平头效应，对截卵形弹丸和平板－尖拱弹丸等复杂头形同样适用。将该系数应用到Forrestal侵彻方程中，扩大了它的应用范围。运用修正过的Forrestal方程，计算了截卵形弹丸侵彻混凝土的最终侵深，试验结果表明头形系数NL在截卵形弹丸的侵彻问题中具有许多优越性。另外，系数NL对其它如相割尖拱和平板－尖拱等复杂头形的弹丸的适用性还有待于试验验证。     

不同弹形撞击下泡沫铝夹芯结构动力学性能研究

为研究不同弹形撞击下泡沫铝夹芯结构的动力学性能,通过空气炮发射方式分别开展了球形弹、锥头弹和平头弹撞击泡沫铝夹芯板试验。基于非线性动力有限元软件LS-DYNA进行了不同弹形撞击泡沫铝夹芯板的数值仿真,分析了不同弹形、不同速度对夹芯板吸能特性的影响。试验结果与仿真结果一致性较好,结果表明：锥头弹撞击变形模式与球头弹撞击变形模式基本相同,平头弹侵彻过程中产生较严重的冲塞破坏,前面板和后面板呈现撕裂破坏模式,侵彻后夹芯被压实部分泡沫铝粘接在后面板上;锥形弹头部尖锐,弹头与靶的接触区域小、侵彻力大,平头弹的弹头和靶的接触区域大、侵彻力小,但靶面破坏区域大且撞击后效更大,球头弹则居于二者之间;当速度较低时,改善前面板和夹芯板的厚度以及材料性能可以较好地提升泡沫铝夹芯板的性能;当速度较高时,后面板吸能比例逐渐增大,重点改善后面板的厚度和材料性能可以较好地改善夹芯板抗侵彻性能。     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶深度分析模型

将高速长杆弹对半无限混凝土靶的侵入过程分为开坑、侵蚀阶段侵彻和刚体阶段侵彻。侵蚀过程中计算长杆弹质量的减少量,侵彻过程中计算侵彻深度的增加量,对侵彻增量进行求和得到侵蚀状态侵彻总深度。刚性阶段侵彻混凝土时,运用空腔膨胀理论计算侵彻深度。应用分析模型对钨杆侵彻半无限混凝土靶深度进行了计算,与实验结果吻合较好。     

高速侵彻混凝土弹体头部侵蚀终点效应实验研究

采用高速弹道炮发射、弹体飞行姿态观测、弹体回收等技术,分别进行了不同结构、不同材料弹体高速侵彻石灰石骨料、石英石骨料两种混凝土靶实验研究。结果表明,在高速侵彻的情况下,弹体质量损失量与其初动量之间存在与弹体材料强度相关的近似线性关系,弹体初速度越高、弹体材料强度越低,弹体头部侵蚀越严重,质量损失量越高。伴随着头部侵蚀的是弹体结构的破坏、侵彻深度的降低。相比于侵彻深度转变前的弹体,转变后的弹体发生了严重变形和长度的缩短,呈现出“可变形/头部侵蚀”弹体侵彻特征。与石灰石混凝土相比,侵彻石英石混凝土的弹体侵蚀更为严重,头部轮廓变化明显。最后阐述了弹体头部侵蚀与混凝土骨料的切削作用关系。