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%.     

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。     

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。     

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。     

复合 MEFP 战斗部侵彻性能及其后效的仿真研究

为研究新型复合 MEFP 战斗部在破甲武器中的应用,运用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元分析软件,采用多物质ALE 流固耦合算法,对复合 MEFP 战斗部侵彻体成型过程进行数值仿真计算,研究其侵彻体性能,并选择靶板进行侵彻,分析侵彻性能及穿孔孔径和毁伤范围,最后以后效靶板进行验证,综合分析复合 MEFP 战斗部的侵彻性能及后效影响;结果表明：该复合 MEFP 聚能战斗部在起爆方式选取单点同时起爆时,形成互不影响的1个主 EFP 和4个辅EFP,可以同时侵彻靶板,提升侵彻性能;主、辅 EFP 侵彻钢靶使孔径增大,并且提升了战斗部毁伤范围;复合 MEFP战斗部后效作用明显,侵彻后效靶板的孔径为48 mm,大大提升了 EFP 战斗部的毁伤性能。     

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。     

起爆环半径对双层药型罩爆炸成形弹丸成形和侵彻特性的影响

起爆方式对双层药型罩爆炸成形弹丸(EFP)成形特征参数和终点毁伤效应有重要影响。利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆环半径对双层药型罩EFP战斗部成形和侵彻特性的影响规律。研究结果表明,当起爆环半径的相对值φ为0.33~0.67时,随着起爆环半径相对值的增大炸药的能量利用率和侵彻体的特征参数显著提高。与端面单点中心起爆方式相比,当起爆环半径相对值为0.5时,双层药型罩EFP战斗部稳定成形侵彻体获得的动能增长了约19.7%,侵彻体的长径比增大了1.15倍,战斗部终点毁伤效应的最大侵彻深度约为1.14倍的装药口径。     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

EFP/预制破片复合战斗部结构设计与分析

为增大毁伤面积并提高侵彻能力,设计不同结构的爆炸成型弹丸(explosively formed penetrator,EFP)/预 制破片复合战斗部,综合挡环结构及预制破片钨球的排布方式,得到4 种方案。应用ANSYS/LS-DYNA 对战斗部 成型过程进行数值模拟,通过不同战斗部结构方案分析,研究挡环结构及预控破片排布方式对毁伤元成型过程和毁 伤效果的影响。结果表明：当挡环顶部与药型罩底部处于同一平面时,形成的EFP 速度更高、长径比更大、长度更 长,且内圈钨球的轴向速度更高;采用内圈钨球26 枚、外圈钨球32 枚的钨球排布方式的战斗部,其内、外圈钨球 发散角更大,能形成具有良好侵彻能力且密度均匀的破片场,仿真与实验结果一致。     

周向MEFP成型规律数值分析

为研究周向MEFP的成型规律,针对周向MEFP结构设计了仿真模型,应用AUTODYN软件,从药型罩参数和战斗部结构参数两个方面进行数值模拟。结果表明:调整药型罩口径和曲率半径对EFP成型速度影响不大,但药型罩厚度的增大会使EFP成型速度明显减慢;药型罩的曲率半径和厚度对EFP的长径比影响明显。增厚周向MEFP战斗部壳体或使用高能炸药会使EFP的成型速度及长径比都增大。     

大口径EFP对钢板开孔效能仿真及试验验证

为研究大口径聚能装药结构参数对爆炸成型弹丸的影响,利用LS-DYNA软件对爆炸成型弹丸形成和侵彻靶板过程进行了数值仿真,研究了罩口/罩顶壁厚比对EFP成型的影响规律,并通过大口径EFP高速侵彻舰用靶板试验进行验证。结果表明：当变壁厚药型罩的罩顶厚度为25mm、罩口厚度为17mm时,形成的EFP速度高、开孔孔径大、毁伤效能优;设计的大口径EFP对大型舰船目标结构靶可形成有效毁伤,且侵彻靶板后弹丸和剥离块具有较强的后效毁伤能力。本研究为EFP战斗部的设计和工程应用提供参考。     

次口径三层球缺药型罩形成串联EFP数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,分析了一种次口径三层球缺药型罩战斗部形成串联EFP的过程,得到每层药型罩形成的EFP速度和长径比随球缺罩曲率半径、药型罩壁厚、装药高度的变化规律曲线.分析结果表明:球缺罩曲率半径和药型罩壁厚对EFP外形有显著影响,装药高度的增加可有效提高EFP速度.     

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。     

铜、钼形成EFP和JPC毁伤元对比研究

为研究纯钼材料对爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式射流(JPC)成型的影响,基于EFP和JPC双模战斗部结构,设计紫铜药型罩、等体积钼药型罩和等质量钼药型罩3种研究方案,采用LS-DYNA软件和X光摄影试验对比研究钼毁伤元和铜毁伤元。结果表明:钼材料在JPC毁伤元成型过程中表现出良好的塑性性能; 与铜罩相比,等质量钼JPC毁伤元速度提高10.5%,侵彻孔径提高1倍,钼EFP毁伤元密实度小,动能提高2.7%～5.9%,侵彻孔径提高9.2%,侵彻深度降低20%。     

大炸高下爆炸成型弹丸的试验研究

为进一步优化设计EFP战斗部,试验研究了3种不同药型罩壁厚的EFP战斗部在大炸高下的飞行稳定性能和侵彻威力情况,对比分析穿过纱网靶后留下的孔形及对装甲钢靶板的侵彻效果,并通过仿真计算进行验证。结果表明：药型罩壁厚为0.046D k时形成的EFP不仅飞行稳定性好,且穿透了一定厚度的装甲钢靶板,试验结果与仿真结果吻合较好。     

准球形EFP成型影响因素的数值模拟

采用非线性动力学程序AUTODYN数值模拟了准球形爆炸成型弹丸(EFP)压垮成型过程,研究了药型罩外曲率半径(R2)和壁厚(h)等结构参数对EFP长径比和速度的影响,并对R2=0.76Dk,h=0.136Dk的EFP进行了脉冲X光摄影实验。结果表明,随着药型罩外曲率半径和壁厚的增大,EFP的长径比逐渐减小,EFP速度逐渐降低;获得了形成准球形EFP的药型罩外曲率半径与壁厚对应关系;数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

多模毁伤元成型及侵彻的数值模拟研究

为实现"一弹多用"的战术目的,提出一种多模战斗部.战斗部外层采用高爆速炸药、内层采用低爆速炸药的复合聚能装药结构,通过改变起爆点的位置,改变作用于药型罩的爆轰波形状,并利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究内、外药型罩罩顶壁厚匹配对PELE/EFP多模毁伤元成型及侵彻性能的影响规律.结果表明:带隔板聚能装药结构可有效实现PELE/EFP多模毁伤元的转换,当外层药型罩罩顶壁厚为0.037CD时,多模毁伤元成型及侵彻效果最优.     

偏心起爆周向多爆炸成型弹丸战斗部实验研究

为进一步提高周向多爆炸成型弹丸(MEFP)战斗部的毁伤效能,设计一种偏心起爆MEFP战斗部,制备了中心起爆和偏心起爆两种原理样机,并进行了静爆实验。结合数值模拟方法分析了周向球缺型药型罩形成爆炸成型弹丸(EFP)的成型及飞散过程,模拟结果表明,两点偏心起爆模式下,EFP成型后的长径比更大,且更密实;对两种不同起爆模式下MEFP战斗部的静爆实验结果进行对比,偏心起爆模式能够有效提升EFP毁伤元的平均速度、分布密度和侵彻威力。研究结果表明,两点偏心起爆可以有效提高MEFP战斗部的综合毁伤效能,为MEFP战斗部的设计与应用提供了参考。     

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...     

长径比对侵彻膨胀弹横向效应的影响

采用有限元软件LS-DYNA,对装填尼龙的侵彻膨胀弹以1200m/s着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟,获得了长径比对侵彻膨胀弹横向效应产生的影响规律。结果表明:当长径比较小时,整个弹体基本都发生横向效应,但穿透靶板后的残余速度较小;当长径比较大时,弹体的一部分发生横向效应,穿透靶板后的残余速度很大;综合考虑横向效应的有效发挥和影响因素,侵彻膨胀弹的长径比取4∶1～6∶1比较适宜。