定心式弹托对弹体侵彻混凝土效应影响规律研究

针对平衡炮试验中常用的前后定心式弹托设计,在文献[3]Forrestal侵彻模型基础上,建立带前后定心式弹托的刚性弹体侵彻模型,分析弹托相对附加质量、弹托组件与弹体连接强度、侵彻着速等因素对弹体侵彻终点效应的影响规律。分析结果表明:弹托附加质量越大,对侵彻深度增益越明显;随着侵彻初速的提高,弹托附加质量对侵彻深度增加量的影响逐渐增大,弹托的连接强度对侵彻深度的影响越来越小。     

基于薄层单元模型的弹体与引信系统螺纹连接参数确定方法

螺纹连接是侵彻弹体与引信体连接的主要形式之一,直接影响着弹体与引信系统振动响应特性。针对现有数值仿真手段难以准确表征螺纹连接的问题,提出用薄层单元模拟螺纹连接的有效方案,结合理论与试验研究建立薄层单元材料参数的确定方法。基于螺纹连接弹性模型与薄层单元理论推导出薄层单元的材料参数;将薄层单元材料参数传递到有限元模型中进行建模,通过螺纹管以及弹体与引信系统模态试验对薄层单元模型的计算结果进行验证。结果表明：与不同螺距及不同旋合长度螺纹管模态试验结果比较,薄层单元模型计算误差最大为5.11%;与节点融合建模方式比较,弹体与引信系统采用薄层单元建模方式进行计算后,前3阶模态频率最大误差从17.72%下降到2.54%.     

基于变分法原理的侵彻弹体头部形状优化设计

针对刚性弹体侵彻半无限混凝土靶,利用量纲分析方法分析了介质阻力的基本形式,比较了几种经验模型的阻力规律。基于空腔膨胀理论分析了弹头形状对弹体受力的影响,以平滑弹体过载为目标,利用变分法的基本原理分析了不考虑摩擦力影响时弹头形状函数的优化形式,并与几种常用弹头形状函数进行了比较。基于LS-DYNA 3D的数值模拟计算结果显示具有优化函数头部形状的弹体侵彻过载可有效降低,有利于改善弹体受力状态和提高弹体侵彻性能。     

CFRP复合材料层合圆筒轴向压缩试验与数值模拟

制备了端部带有加强箍的三种不同高度的碳纤维增强复合材料(CFRP)厚壁圆筒和层合板试样; 对圆筒试样进行了准静态轴向压缩性能实验和速度在7.67~12.01 m·s^-1范围内的轴向冲击压缩试验, 分别研究了长径比、 冲击速率、 端部加强等因素对轴向抗压强度、 失效模式的影响规律; 对CFRP层合板试样进行了不同应变率下的面内压缩试验。运用ANSYS/LS-DYNA软件对落锤加载下复合材料圆筒的响应过程进行了数值模拟。结果表明: 采用端部加强方式不仅可以避免CFRP圆筒出现端部"开花式"渐进破坏的失效模式, 而且能有效提高轴向抗压强度; 层合板和圆筒试样的抗压强度均具有明显的正应变率效应; 数值模拟结果与实验数据具有较好的一致性。     

碳纤维复合材料力学性能及其复合弹体侵彻试验研究

设计了一种碳纤维复合材料弹体,基于Forrestal阻力公式对复合弹体在侵彻混凝土靶过程中壳体所承受的最大轴向应力进行了预估。制备了碳纤维复合材料层合板、空心圆筒和复合弹体试样,对碳纤维复合材料层合板和圆筒试样进行了不同应变率下的压缩试验,对复合弹体以298m/s和432m/s的速度,分别对表面强度为48MPa、厚度为200mm和350mm的素混凝土靶进行了正侵彻试验。结果表明:选用的碳纤维复合材料抗压强度随着应变率的增大而增大;所设计的复合弹体对混凝土靶具有一定的侵彻能力;制备的复合弹体壳体能够满足着速在400m/s范围内对混凝土靶侵彻的强度需求。     

基于薄层单元法的弹体与引信系统螺纹连接模拟参数识别

螺纹连接是侵彻弹体与引信体连接的主要形式之一,针对现有动力学数值分析手段无法准确表征螺纹连接问题,提出利用薄层单元模拟螺纹连接的解决方案,并建立基于试验结果对薄层单元材料参数识别的方法。开展管螺纹模态试验研究,分析激励力幅值与螺纹松、紧连接状态对模态频率与频率响应曲线的影响,将薄层单元方法应用于管螺纹仿真计算中。结果表明：螺纹松连接状态相比紧连接状态受非线性因素的影响更大;激励力大小对螺纹松连接的测量结果影响更大;与节点固连建模方式进行比较,采用薄层单元仿真计算之后,模态频率最大误差从26.66%下降到1.35%.     

弹体高速侵彻两种强度混凝土靶的对比研究

随着武器系统打击能力的不断提升,高强度混凝土被越来越多地应用到防护设施中。为研究弹体侵彻高强度混凝土的现象和规律,进行了弹体高速侵彻C60高强度混凝土的试验,并与已开展的弹体高速侵彻C35普通强度混凝土试验结果进行对比。采用基于空腔膨胀理论的计算方法、经验侵彻公式法和节点回退法等方法对两组试验中的弹体侵彻深度、弹体侵蚀进行了分析。计算和试验结果表明：相比于弹体侵彻C35混凝土试验,相同速度下侵彻C60混凝土弹体的过载约为其1.8倍,侵彻深度为其52%;C60混凝土靶表面破坏更大,表明随着强度的提高混凝土脆性变大;在骨料切削影响条件相同情况下,侵彻C60混凝土弹体的侵蚀更大,表明高强度混凝土的砂浆对弹体侵蚀作用变大。     

反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究

为研究高速侵彻弹体的瞬态结构响应,利用反弹道实验技术和数字图像相关测试方法,在152 mm轻气炮加载平台上建立了结构弹体非正侵彻2024铝靶的反弹道实验系统。通过弹体侵彻铝靶实验,获得弹体在反弹道非正侵彻过程中的实时响应特性,对比倾角、攻角及倾角与攻角联合侵彻作用下的弹体响应特征,得到了不同侵彻条件下弹体结构的定量响应规律。研究结果表明：攻角对弹体结构弯曲响应的影响更明显,3°攻角侵彻后弹体端部挠度大于10°倾角侵彻的结果,5°攻角大于15°倾角的侵彻结果;5°攻角联合15°倾角的侵彻条件下,弹体头部前1/4处轴向塑性应变可达4.6%,尾部均为弹性变形。     

反弹道斜撞击下自由梁结构响应研究

反弹道撞击实验在材料与结构动力学响应研究领域中已有广泛应用,相比正向撞击实验,反弹道实验可在自由梁上加装测量装置,得到更精确的测试结果。开展了自由梁20°斜撞击的反弹道实验,使用数字图像相关方法测试了弹体的实时动态响应情况,引入失效判据,并结合数值模拟分析,求解了轴向与横向载荷交互作用下的自由梁弯曲形貌。结果表明:考虑轴向力的计算结果与实验吻合较好,且优于文献[4]给出的自由梁计算模型;当质量比mγ≥10时,正反弹道具有较好的等效性,该方法亦可用于求解弹体在非正侵彻过程中的结构响应。     

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。