断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击的影响

为了解TC4钛合金的抗冲击力学性能,利用一级轻气炮进行了卵形头弹冲击TC4钛合金靶板的试验,撞击速度范围为125.9~240.0 m/s。通过撞击试验获得弹体的初始-剩余速度以及靶板的失效破坏模式,并利用公式拟合弹体初始-剩余速度得到弹道极限速度。利用ABAQUS/Explicit有限元软件建立弹体冲击靶体的三维模型,研究断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击性能的影响,分别采用不同断裂准则进行数值模拟,并将数值模拟预测结果与试验结果进行对比。研究结果表明,从弹道极限和失效破坏模式综合考虑,Hancock-Mackenzie (H-M) 准则预测的结果与试验结果更接近,说明考虑失效应变随应力三轴度的变化关系能提高数值仿真精度。     

立方体破片对铝合金板冲击的数值仿真

为研究不同强度铝合金板受立方体破片冲击的损伤特性及失效机理,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了立方体破片以不同着靶姿态冲击不同强度铝合金靶板的模型,分析了破片着靶姿态、靶板强度对靶体防护性能、失效模式和能量吸收的影响规律及机理。研究结果表明：立方体破片点接触着靶冲击时弹道极限速度高于面接触着靶冲击时弹道极限速度;弹道极限速度并不是随着靶板强度的增大而单调增大,而是呈现先增大后减小的趋势,即存在一个最佳强度使得靶板的抗冲击性能最优;靶板强度和破片着靶姿态对靶体失效模式、能量吸收情况均存在显著影响,但各因素影响程度与机理存在差异。     

2A12铝合金薄板抗叶片形弹体撞击的数值仿真研究

利用Abaqus有限元软件,建立叶片形弹体撞击2 mm厚的2A12铝合金薄板仿真模型,包括偏航撞击和斜撞击,其中偏航角度为0°～90°、斜撞击倾角为0°～60°,研究撞击角度对弹靶撞击过程、靶板弹道极限和靶板耗功的影响。仿真结果发现:偏航角度为0°时,靶板主要是剪切失效,伴随长条形冲塞和矩形扩孔;偏航角度为15°～60°时,靶板为延性扩孔失效,且扩孔面积随偏航角度增加而增加;偏航角度为75°～90°时,靶板为拉伸撕裂,破坏严重。斜撞击时靶板兼有冲塞失效和花瓣失效。靶板弹道极限随偏航角度增加而增大,靶板耗功与偏航角度和弹体撞击速度都有关。斜撞击时靶板耗功与倾角无关。     

一种异形弹撞击2A12铝合金薄靶的数值研究

利用有限元软件ABAQUS建立仿真模型,构造了一种异形弹撞击2mm厚度2A12铝合金靶体,获得靶体结构剩余速度和弹道极限速度,得到靶体撞击后的损伤情况。根据仿真结果,分析异形弹的扩孔比和前探比对靶板失效模式以及抗侵彻性能的影响。研究结果表明,弹体的弹道极限会随着扩孔比的增加而越低,同时对弹靶撞击的物理过程和损伤形式进行分析发现,靶体失效模式也会受到弹体的扩孔比和前探比的影响,不同扩孔比的靶体受撞击后会出现不同的裂纹扩展和碎片分布。     

Q235钢单层及接触式多层板对卵形头弹抗侵彻特性

利用轻气炮进行卵形头杆弹正撞击单层板和等厚接触式三层板的试验,得到了这两种结构靶体的初始-剩余速度曲线以及弹道极限。研究靶体结构对其抗侵彻特性的影响,包括靶板的失效模式和抗侵彻性能。采用ABAQUS/EXPLICIT数值模拟软件对杆弹撞击金属板的过程进行数值模拟研究。通过对比数值模拟和试验结果,验证了数值模拟模型和参数的有效性。研究结果表明:试验与数值模拟计算结果两者之间一致。此外,靶体从单层板过渡到三层板,靶体的主要失效模式从花瓣开裂转变到盘式隆起。     

Q235钢单层板对弹体抗撞击特性研究

为了分析外来撞击物对单层板结构的撞击特性及机理,以及结构防护特性的影响因素,利用一级气炮进行单层金属板撞击试验,同时利用理论模型对试验结果进行分析。根据试验结果分析,特别地,在理论模型中引入一个因子对靶体厚度进行修正。基于撞击试验数据,通过理论模型研究不同厚度的单层金属板对卵形,平头以及半球形头杆弹的抗侵彻特性,揭示了靶体厚度和弹体头部形状对抗侵彻性能与失效模式的影响。理论模型计算结果与试验数据进行了比较,发现二者吻合得较好。理论模型计算结果试验表明:靶体弹道极限随弹体头部曲率直径比(Caliber-radius-head,CRH)先增大后减小,最后变化趋势比较平缓。在一定的厚度范围内,靶体的弹道极限随其厚度增加而增加。     

2A12铝合金单层板对平头弹抗撞击特性研究

为研究2A12铝合金板的抗冲击特性,进行了平头弹体撞击6 mm厚度的铝合金板实验研究,撞击速度范围为120 m/s～330 m/s,分析弹体初始速度对靶板抗冲击性能的影响.由实验数据拟合得到弹体弹道极限和速度曲线,结果表明,随弹体初速的增大,靶板的能量吸收率先骤减后趋于稳定.靶板主要发生剪切冲塞破坏,并且靶板结构变形随...     

铝合金三角形波纹夹芯板对平头弹抗冲击特性数值模拟研究

为研究铝合金三角形波纹夹芯板对平头弹体的抗冲击性能及损伤特性,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立弹体冲击靶板的数值模拟模型,并结合实验验证了模型及其参数的有效性。基于数值计算结果,分析了三角形波纹夹芯板几何结构对其防护性能、失效模式和能量吸收的影响规律及机理,并与等面密度单层板进行对比分析,研究结果表明,靶体几何结构对其抗冲击性能存在影响,三角形波纹夹芯板抗冲击性能低于单层板抗冲击性能。此外,增加芯体拓扑结构夹角能显著提高三角形波纹夹芯板的抗冲击性能,并且靶板几何形状会对其失效模式及耗能特性存在影响。     

钝头弹撞击不同材质蜂窝夹芯板的损伤特性研究

利用一级气炮系统发射钝头弹进行铝蜂窝夹芯板与纸蜂窝夹芯板的撞击实验,分析靶板材质对弹道极限、夹芯板失效模式和比能量吸收的影响规律及机理。结果表明:钝头弹撞击铝蜂窝夹芯板的弹道极限高于纸蜂窝夹芯板。与纸蜂窝夹芯板相比,铝蜂窝夹芯板受钝头弹撞击前面板产生明显的凹坑变形与纤维分层现象;芯体由撞击撕裂破坏转变为褶皱折叠变形与压溃失效;后面板由纤维拉伸断裂与菱形鼓包变形转变为纤维拉伸失效下大面积的菱形分层破坏,纤维条撕裂的形状由片状转变为带状;前面板与芯体生成的撞击碎屑转变为规则的圆形冲塞。铝蜂窝夹芯板的比能量吸收明显高于纸蜂窝夹芯板。     

基于不同断裂准则的6061-T651铝合金板抗冲击性能数值仿真研究

利用ABAQUS/Explicit软件建立了弹体冲击靶板的有限元模型，并采用不同的断裂准则进行数值仿真计算。通过分析铝合金板冲击失效单元的应力状态，揭示不同头部形状弹体冲击下铝合金板的失效机理，以及断裂准则对数值仿真结果的影响规律。研究结果表明，相比MJC断裂准则，WMJC断裂准则由于考虑了Lode角的影响，预测的结果与试验更吻合。随着弹体头部曲率半径比的增大，靶板失效单元中拉伸断裂的占比逐渐增多，从而导致Lode角对数值仿真预测出的弹道极限的影响逐渐减小。此外，在不同头部形状的弹体冲击下，断裂准则对靶板失效模式的影响机制存在区别。     

Kevlar-129纤维复合材料的弹道侵彻数值仿真

基于 AUTODYN有限元软件,研究了Kevlar-129纤维增强复合材料的抗侵彻性能。通过质量为10 g的 FSP破片对厚度为8、10、12、14、16以及18 mm 的六组 Kevlar 纤维靶板进行撞击模拟,获得了 FSP破片贯穿6组靶板的弹道极限,并分析了靶板的弹道极限、比吸收能随板厚的变化关系。结果表明,在板厚8-18 mm范围内,Kevlar纤维靶板的弹道极限随板厚的增加呈线性增长；在此范围内,靶板的比吸收能也呈近似线性增长,但在板厚为10-16 mm时,增长稍缓。对比还发现,比吸收能随板厚的变化规律与靶板面密度的变化规律几乎相同,二者都可用于描述Kevlar-129纤维复合材料靶板在 FSP 破片碰撞下比吸收能的变化。     

2A12铝合金圆波纹夹芯板抗平头弹冲击特性的试验研究

为研究铝合金圆波纹夹芯板对平头弹体的抗冲击性能,通过一级气炮系统开展弹体冲击铝合金圆波纹夹芯板以及等面密度单层均质板的试验.基于冲击试验数据,分析圆波纹夹芯板对弹体冲击的防护性能、失效模式和能量吸收情况,并与单层板进行对比,以获得两种靶板抗冲击性能的差异及原因.研究结果表明:弹体冲击圆波纹夹芯板的弹道极限速度低于单层板...     

负泊松比曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学数值研究

利用数值方法研究了具有负泊松比效应的可变弧角曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学性能,讨论了冲击速度和弧角对曲边内凹蜂窝结构的变形模式与吸能能力的影响。研究结果表明:改变冲击速度和弧角的大小会影响曲边内凹蜂窝结构的变形失效模式;当冲击速度较高时,蜂窝结构内的应力波动范围较大,结构的体能量吸收值随弧角的增大逐渐增大;当冲击速度较低时则不存在上述现象。当弧角大于120°时,曲边内凹蜂窝结构具有负泊松比效应,该结构的吸能能力高于其他弧角所对应的正泊松比蜂窝结构的吸能能力,该现象与冲击速度无关。     

抛物线弹道弹丸飞行参数测量模型与 精度分析

现有匀速直线弹道六光幕阵列测量模型无法满足终点抛物线弹道弹丸着靶坐标与飞行速度的测量需求。针对终点弹道测试试验中抛物线弹道的实际,提出一种变速抛物线弹道弹丸飞行参数的测量方法,建立六光幕阵列通用测量模型。综合考虑重力和空气阻力对弹丸运动轨迹的影响,建立弹丸的空间运动方程,结合光幕阵列平面方程和测量得到的弹丸穿过光幕阵列时刻序列,计算出弹丸在预定位置的着靶坐标和飞行速度矢量。对研究的抛物线弹道测量模型与现有的匀速直线弹道模型进行了比较分析,仿真计算了在不同靶距与不同飞行速度情况下2种模型测量数据的差值。对研究的测量算法进行了精度分析。采用六光幕阵列天幕靶和木板靶进行7.62 mm步枪弹的着靶坐标比对试验,结果表明在探测靶面内,着靶坐标测量误差不大于3.5 mm。建立的测量模型拓宽了六光幕阵列在终点弹道的测试领域的应用。     

基于有限元法催化剂颗粒撞击壁面的数值模拟

为解决催化裂化装置中的许多构件因为催化剂颗粒长期不断冲击而导致失效等的问题,将有限元法应用到其模拟仿真中,分析了单颗催化剂颗粒参数(角度、速度、材料)对不同壁面材料的撞击而造成壁面磨损的影响,建立了催化剂颗粒撞击壁面的数值分析模型,研究了催化剂颗粒以不同的速度、撞击角度,以及不同的催化剂颗粒的材料撞击不同材料的壁面对壁面造成的影响,并分析了催化剂颗粒变形对壁面磨损的影响,根据计算的结果,对催化剂颗粒参数进行了优化控制,提出了减少催化剂颗粒变形和构件磨损的技术措施.研究结果表明,该方法能够使催化裂化装置长期安全稳定地运行.     

Further studies of the oblique impact of a hard sphere against a ductile solid

The impact of hardened steel spheres against ductile mild steel targets has been studied both theoretically and experimentally. It is shown that a relatively simple computer model based on the assumptions that the sphere is rigid and the target an ideal rigid-plastic solid provides a surprisingly successful explanation of the observed variation of crater volume and projectile energy loss with impact angle and velocity. This model also explains satisfactorily the measured rebound velocity for oblique impact, but cannot account for the finite rebound velocity observed under normal impact conditions. Rebound angles also are under-estimated.     

RETRACTED ARTICLE: Penetrator strength effect in long-rod critical ricochet angle

3D numerical simulations were performed in order to further investigate the role of penetrator strength in the interaction of long-rods and oblique targets. Three distinctive regimes resulting from oblique impact depending on the obliquity, namely simple ricochet, critical ricochet and target perforation, were investigated in detail. Critical ricochet angles were calculated with a full 3D explicit finite element method for various impact velocities and strength of target plates and projectiles. Numerical predictions were compared with existing two-dimensional analytical models and test results. It was predicted that critical ricochet angle increases with decreasing impact velocity and that higher ricochet angles were expected if higher strength target materials are employed. But there are differences between analytical models and 3D numerical simulation results or test results. The causes for these discrepancies are established by numerical simulations which explore the validity of the penetrator strength parameter in the analytical model as a physical entity. As a matter of fact, in this paper we first investigate the role of penetrator dynamic strength using two-dimensional simulation which resulted in different penetrator strengths out of different impact velocities. Next, by applying these amounts for penetrator strength in Rosenberg analytical model the critical ricochet angle is calculated. Finally, a comparison between the present analytical method with the 3D simulation and test results shows that the new analytical approach leads to modified results with respect to Rosenberg ones. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Jeonghoon Yoo Kamran Daneshjou, is University Professor at Iran University of Science and Technology. He studied his MSC and PhD at aeronautical Engineering de-partment of Imperial college of Science and Technology in London. His own research is at the interface of solid mechanic, finite element and electromagnetic lunchers to address the sustainable development of aerospace and solid mechanic projects. His publications include 7 books and over 100 scientific papers. This article has been retracted due to copyright issues that cannot be resolved.