粉末药型罩金属粒度级配及热处理对聚能射流性能的影响

利用筛分法,将127型石油射孔弹药型罩中的铜粉进行颗粒分级,并与其他金属粉进行粒度级配,通过粒度分布分析及射孔弹侵彻钢靶试验,研究了粉末药型罩中金属颗粒的粒度级配及分布对聚能射流性能的影响,同时对药型罩进行了热处理研究.结果表明,射孔弹药型罩中铜粉的粒度对聚能射流性能有重要影响,合理的金属粒度级配及分布能提高射孔弹侵彻钢靶的能力.粉末药型罩经热处理后,可提高药型罩的致密性和强度,能有效地改善聚能射流性能.优化后的药型罩使127型石油射孔弹侵彻钢靶深度提高11.6%.     

辅助药型罩材料对超聚能射流性能影响的数值模拟

为了研究超聚能射流形成过程中辅助药型罩材料对射流性能的影响,利用AUTODYN-2D软件,采用高精度多物质求解器Euler-2D Multi-material对辅助药型罩材料分别为Wu、Cu、Fe,锥形药型罩材料为Al的截顶辅助药型罩超聚能装药进行模拟。结果表明,与传统聚能装药相比,超聚能装药结构形成的射流性能更优。辅助药型罩材料密度越大,超聚能射流形态和连续性越好;超聚能射流具有更高的头部速度和能量。用Wu、Cu、Fe作辅助药型罩材料时,超聚能射流的最大速度分别为14 400、13 300和13 100m/s,最大能量分别为10.2×10~7、8.5×10~7、7.5×10~7 J/kg,并且材料密度越大,起爆后相同时刻的射流形态越细越长。     

石油射孔弹威力计算与设计

石油天然气井打深孔是资源开采与挖掘的一项关重技术,也是油气井完工任务重要指标之一。射孔石油弹的基本原理是聚能效应,炸药引爆后爆轰波作用到药型罩上,使金属罩发生微变形向弹体轴线发生运动并在射孔弹药高压的作用下形成一股持续高速的金属强射流然后完成射孔。本文计算出射孔弹的穿深和射孔孔径,射孔弹的心脏是药型罩,因此药型罩的设计对射孔深度和射孔孔径有直接的影响。本文还对药型罩的具体结构进行了设计。     

线性聚能装药切割岩石的数值模拟

运用改进的MOCL程序,数值模拟了线性聚能装药金属射流的形成以及射流侵彻岩石的全过程,得到了锥角为60°的聚能装药结构爆轰产物膨胀、药型罩变形、射流形成过程及锥角为60°和90°时的射流速度梯变分布。不同时刻射流的分布显示,在拉伸过程中,锥角为60°的聚能射流速度变小,速度梯度较大,头部速度为4500m·s-1;锥角为90°的聚能射流,头部速度为3500m·s-1速度梯度较小,与实际物理过程相一致。结果表明,模拟结果基本符合聚能射流的物理现象和规律,说明采用的物理模型和数值算法是合理的。     

射孔弹粉末药型罩材料选取标准及工艺探索

药型罩是射孔弹的重要组成部分,其材料性能与其聚能效应存在密切联系。选择合适的材料,能够提高射孔弹的穿射性能和深度。过去,对于射孔弹药型罩的选择主要以单金属为主,但随着聚能装药技术研究的不断深化,单金属药型罩难以满足射孔弹性能需求。而粉末药型罩能够满足射孔弹设计需求,如何选择合适的材料与工艺成为提高射孔弹性能的关键。本文从粉末药型罩材料选择和工艺两个方面对射孔弹粉末药型罩进行分析,通过对不同类型的粉末材料、传统与现代制造工艺的比较,进一步把握粉末材料和工艺的选择,以期提高射孔弹粉末药型罩性能,为我国石油射孔技术的发展提供强有力的支持。     

一种新型M形顶部结构药型罩的设计及形成射流的侵彻能力分析

在锥角药型罩结构基础上通过改变其顶部结构设计了一种新型M形顶部结构药型罩,并分析了其射流头部的形成机理;采用有限元软件ANSYS/LS-dyna对在爆轰波作用下M形顶部结构药型罩射流的形成过程,以及对45号钢板的侵彻过程进行了数值模拟,并与锥角药型罩、平顶药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸长度、杵体大小以及对45号钢板的侵彻能力进行了对比。结果表明,M形顶部结构药型罩的M形顶部结构在爆轰波作用下经二次汇聚形成了射流头部,相同装药条件下,其形成射流的头部速度相比锥角药型罩形成射流的头部速度提高约9.10%,比平顶药型罩形成的射流头部速度提高约5.56%;其侵彻深度比锥角药型罩提高约10.4%,比平顶药型罩提高约7.28%。     

一种喇叭-锥角结合药型罩形成射流的数值模拟

为了提高锥角药型罩装药结构的侵彻能力,通过改变其顶部锥角为喇叭形研发了一种新型喇叭-锥角结合药型罩。采用模拟软件ANSYS/LS-DYNA对喇叭-锥角结合药型罩、平顶药型罩、锥角药型罩在爆轰波作用下射流的形成以及对45号钢板的侵彻过程进行数值模拟,并对3种药型罩形成的射流参数如头部速度、射流断裂时间等以及对45号钢板的侵彻性能进行了对比。结果表明,在装药口径为80mm、装药高度为100mm的圆柱和圆锥结合型装药结构的条件下,喇叭-锥角结合药型罩形成的射流头部速度为7 690m/s,比锥角药型罩形成的射流提高约9.54%,对45号钢板的侵彻深度提高约19.82%;比平顶药型罩形成的射流头部速度提高约6.36%,对45号钢板的侵彻深度提高约12.25%。     

克里金模型用于预测聚能射流速度的方法研究

为了快速预测聚能装药射流速度,减少数值模拟的计算成本,构建了自适应克里金模型,通过少量的数值模拟结果,对参数在一定范围内的聚能装药射流速度进行了预测。在Matlab平台中,以药型罩锥角、罩壁厚、装填炸药参数作为输入值、射流速度作为输出值,构建了自适应克里金模型,通过学习函数反复加入训练样本,直至模型收敛,实现了对测试样本射流速度的预测。为了验证所建立克里金模型的准确度,将其预测结果与数值模拟结果进行了对比。结果表明,克里金模型对聚能射流速度的预测结果与数值模拟结果之间的误差小于2%,说明所构建的自适应克里金模型能够在保证计算精度的情况下,实现在不同炸药装药、不同药型罩参数的条件下,对聚能射流速度的快速预测,该方法能够兼顾预测精度和计算成本,并提高其计算效率。     

双锥药型罩射流成型的理论建模与分析

为了提高射流在侵彻全过程的破甲效率,设计了一种顶部小锥角、口部大锥角的双锥形药型罩;基于PER理论,利用Gurney公式和Chanteret公式联合求解药型罩压垮速度,建立了封闭的射流成型理论模型;利用理论模型和数值模拟计算并分析了40°和80°锥角单锥罩与上、下锥角分别为40°、80°双锥罩射流的成型形状和成型参数,通过数值模拟研究了双锥罩结构参数(双锥罩上锥角、上锥高占罩高的比例、罩高和壁厚)对射流头部速度和拐点速度的影响,并通过X光试验获得了双锥罩射流的成型效果。结果表明,在头部颗粒堆积点之后,单锥罩与双锥罩射流分别呈线性与双线性分布,双锥罩射流兼顾了上锥高头部速度、下锥射流直径较大的优点;当上锥角从18°增大到34°时,头部速度降低了10.4%,而拐点速度降低了25%;当双锥罩上锥高占罩高比例从30%增大到70%,头部速度增加了11.8%,拐点速度降低了19.9%;当罩高从125mm增大到155mm,头部速度增加了4.2%,拐点速度降低了11.4%;当壁厚从1.8mm增大到3.4mm,头部速度降低了8.4%,而拐点速度降低了18.4%。通过理论分析、数值模拟和X光试验结果的对比,得到三者的射流成型吻合较好。     

LEFP对杆式穿甲弹干扰的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA软件对不同拦截角度、不同药型罩锥角和不同药型罩壁厚下线性爆炸成型侵彻体(LEFP)干扰杆式穿甲弹以及被干扰后侵彻靶板的全过程进行了数值模拟,分析了LEFP干扰杆式穿甲弹的影响因素。结果表明,拦截角度、药型罩锥角和壁厚的变化均对干扰效果造成了较大影响,LEFP的干扰效果随着药型罩锥角和壁厚的增加都是先增加再减小,当锥角为120°、药型罩壁厚为3mm时对杆式穿甲弹的干扰效果最佳,防护效果最好;其中拦截角度对于干扰效果的变化没有明显的规律,LEFP与弹杆夹角为82°时对后效靶板的穿深为25mm,与无干拢的情况相比降幅最大。     

变壁厚双层药型罩壁厚匹配的数值计算与实验验证

参考变壁厚药型罩和双层药型罩的结构优点,根据能量利用的观点提出了一种新型变壁厚双层药型罩,采用正交实验及AUTODYN有限元软件对药型罩的结构参数进行优化并通过试验进行了验证。数值计算结果表明,在同等装药量下,由变壁厚双层药型罩形成的侵彻体的性能要优于由变壁厚药型罩或双层药型罩形成的侵彻体的性能。与常用的等壁厚单层药型罩相比,射流头部速度增大559m/s,射流质量基本不变,铜的利用率提高了19.1%。由变壁厚双层药型罩形成的侵彻体可以提高战斗部的侵彻能力,同时也有利于节约昂贵的金属材料。     

一种截顶线性聚能装药射流特性的数值模拟

为了得到特性更好的线性聚能射流,设计了一种截顶线性药型罩加矩形辅助药型罩的新型装药结构,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元程序对6组新型装药结构及传统装药结构进行了模拟计算,分析了矩形辅助药型罩宽度和截顶间隙长度对线性射流特性的影响。结果表明,该新型结构形成的线性射流的头部最大速度总体较传统线性聚能射流高,形成的线性射流形态更细更长,并且杵体相对较少,药型罩质量利用率较高。在6组方案中,矩形辅助药型罩宽度为1.0cm、截顶间隙为0.4cm时,该结构形成的线性聚能射流头部速度最大,为3.58km/s,连续性较好,有效宽度最大。     

锥形装药形成射流的数值模拟

利用AN SY S/LS-DYNA 3D有限元分析软件,对两种装药(TATB和TNT)两种不同锥角(53°和43°)药型罩的形成射流分别进行了数值模拟与对比分析。结果表明,53°锥角药型罩产生的射流短而粗,43°锥角产生的射流细而长,高能炸药产生的射流速度高,这与现已成熟的理论相吻合,验证了该数学模型和状态方程所选用参数的正确性,为设计或研发新型锥形装药产品有效降低试验成本并缩短研发时间提供了依据。     

钨铜粉末药型罩形成聚能射流的数值模拟

利用LS-DYNA3D软件对钨铜粉末药型罩聚能射流的形成过程进行了数值模拟,采用多物质ALE算法,模拟了钨铜聚能射流的形成过程,并与实验结果进行了对比。结果表明,随着药型罩密度的增加,射流直径变细,头部速度降低,数值模拟结果与实验结果较一致。     

某成型装药射流的数值模拟与射流转化率

应用LS-DYNA及示踪点处理技术,对某一球锥罩成型装药结构的射流形成过程及射流侵彻靶板过程进行了研究,获得了有效射流沿其运动方向的速度分布、头部速度、侵彻孔几何描述等多项评估射流微元性能的重要参数。计算结果表明,对于普通强度钢质目标靶,在射流侵彻靶板过程中,常规小锥角药型罩产生的有效射流为2000m/s以上的射流段,杆式射流的临界侵彻速度值为1400m/s,从而进一步得到其射流转化率为29.65%。     

大孔径石油射孔弹性能的实验研究

在实验的基础上，以Φ24mm大孔径石油射孔弹为研究对象，从药型罩，炸药的种类二个主要方面进行了实验研究。为大孔径射孔弹的设计开发提供了一些基础数据。     

射孔弹用活性药型罩技术发展现状

活性材料以其独特的增强效应成为军民领域前沿性研究热点,文中从民用爆破器材石油射孔弹的角度出发,综述了活性材料在射孔弹用药型罩的技术发展现状,主要包括药型罩用活性材料的反应类型、药型罩用活性材料的选择、配方设计、能量释放、制造工艺、穿深性能及应用范围等,提出了关于增强射孔弹后效作用的一些建议,并希望可以为行业内射孔专家提供一些借鉴。     

复合药型罩EFP的形成及数值模拟

设计了两种可形成复合EFP的复合药型罩装药结构,即内层等壁厚、外层变壁厚以及内层变壁厚、外层等壁厚的复合药型罩。通过数值模拟及破甲毁伤实验,对复合EFP的形成和透靶毁伤效果进行了研究。结果表明,两种装药结构都可以形成复合EFP。与内层等壁厚、外层变壁厚组成的复合药型罩相比,内层变壁厚、外层等壁厚形成的药型罩效果更好,其后效毁伤区域更大。与单层EFP相比,复合药型罩形成的EFP对目标的毁伤后效效果更好。     

局部变壁厚球缺型药型罩侵彻威力性能的数值模拟及试验验证

为了提高聚能杆式射流的侵彻威力性能,设计了3种药型罩罩口边缘局部变壁厚球缺型药型罩,并采用LS-DYNA软件对3种不同结构球缺型药型罩的成型过程进行数值模拟,研究了不同结构药型罩的杆式射流对侵彻靶板威力性能的影响,并通过试验对模拟结果进行验证。数值模拟结果表明,与等壁厚球缺型药型罩相比,罩口端外壁采用局部凸弧、平弧、凹弧结构时,杆式射流穿孔深度分别增加8.4%、10.9%、19.5%,且平均开孔孔径分别增加2.4%、7.2%、5.5%;其中,采用凹弧结构时侵彻深度最大,采用平弧结构时平均开孔孔径最大。试验结果表明,相对于等壁厚球缺型药型罩,采用局部平弧球缺型药型罩可在提高战斗部穿孔深度的同时兼顾开孔威力要求。试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。     

基于爆炸成型弹丸(EFP)的大锥角喇叭罩成型规律

为了进一步拓展适用于爆炸成型弹丸(EFP)的药型罩结构,基于弧锥结合罩结构,提出了一种可形成密实EFP的大锥角喇叭罩。根据药型罩结构特点,分析了大锥角喇叭罩与传统弧锥结合罩和球缺罩在压垮过程中的区别和特点;运用LS-DYNA数值模拟软件,计算得到了大锥角喇叭罩的结构参数(虚拟罩高、喇叭曲率半径、圆弧曲率半径和罩厚)对EFP侵彻体速度、长度、密实度等成型参数的影响规律。结果表明,大锥角喇叭罩罩厚对侵彻体的影响主要体现在头部速度,虚拟罩高和圆弧曲率半径则决定了侵彻体长度及密实度,而喇叭曲率半径则主要影响侵彻体头部的成型状态;与传统弧锥结合罩和球缺罩形成的EFP相比,相同质量的大锥角喇叭罩形成的EFP在头部速度、长度、长径比及密实度等方面均具有一定优势,可将侵彻体密实度提高1～3.5倍,具有应用于EFP战斗部的潜力;其适用于较佳EFP成型时各结构参数的取值范围为:虚拟罩高0.14～0.16倍装药直径,喇叭曲率半径1.5倍装药直径以上,圆弧曲率半径0.4～0.8倍装药直径,罩厚0.04～0.045倍装药直径。