弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计

针对弹体侵彻混凝土环境,提出一种中薄型防护外壳嵌套内壳体,两壳体间填充泡沫铝缓冲材料的记录仪抗冲击防护结构。针对应力波作用下防护外壳的屈曲和泡沫铝缓冲性能不足导致内部电路模块冲击断裂的典型失效模式,通过对记录仪抗冲击防护结构在应力波作用下的结构响应分析,提出一套以壳体厚度h、泡沫铝密度ρ、泡沫铝厚度h_b为主要设计指标的弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计方法。设计出防护外壳半径为29 mm,壁厚3 mm,泡沫铝密度1.1g/cm~3,泡沫铝厚度23 mm的抗冲击防护结构,经计算该结构理论抗冲击能力为63 300 g。在实弹侵彻混凝土试验中,测得冲击加速度峰值为56 300 g,在此冲击下记录仪壳体结构稳定,内部电路工作正常,验证了此抗冲击防护结构具有较高的可靠性。     

高g值加速度冲击试验技术研究

摘 要：根据弹体高速侵彻硬目标过程中加速度测试的特点,研制了高g值冲击试验装置。它由一级空气炮、加速度存储测试装置、炮弹、反射式激光测速仪和激光多普勒测速仪等组成,并在该冲击试验装置上进行了弹载加速度存储测试装置的高g值冲击试验。采用泡沫铝缓冲件对记录电路模块进行缓冲保护,利用光栅作为合作目标,由两套激光多普勒测速仪同时记录冲击过程中测试装置外壳和电路模块的激光频移信号, 处理可得到二者的加速度——时间曲线,比较了泡沫铝的高g值缓冲效果。     

抗高过载防护结构的设计与性能测试

目的弹载记录仪在回收过程中,存在记录仪因硬着陆产生的高冲击力和高过载加速度使仪器损毁而致有效数据失效的现象。针对该问题设计新型双层壳体两级缓冲隔离的电路防护结构,并进行性能测试。方法结合Ansys/Workbench有限元数值模拟软件仿真分析该结构在冲击过程中的形变和受冲击过载特性,同时使用马歇特锤对使用该防护结构的记录仪模拟高冲击、高过载环境实验,由记录仪存储双层防护壳体内外嵌入的加速度传感器信号,并对多次试验信号数据进行处理和分析。结果在过载加速度小于25 000g时,该多层防护结构具有良好的缓冲效果,对记录仪保护效果良好;各层材料的声阻抗差别会影响整体保护效果,差别越大效果越好。结论该防护结构在高过载冲击环境下能有效衰减冲击效应,保护电子设备的安全。     

CPLD芯片抗高g值冲击性能分析

利用Hopk inson杆对弹载加速度存储测试仪器电路模块常用的CPLD芯片,在未用环氧树脂胶灌封和不同方向(沿平行和垂直与冲击方向)灌封状态下进行了抗高g值冲击性能实验研究。结果表明:CPLD芯片具有很高的抗冲击性能,并且与冲击方向无关。在目前弹体侵彻各种目标时的加速度幅值范围内,CPLD芯片不会失效。     

小尺寸装药冲击过载理论分析与仿真

研究了弹载小尺寸装药侵彻混凝土靶板的冲击力学特性,将装药置于非惯性系中,其绝对加速度是牵连加速度与相对加速度的矢量和。利用应力波理论建立了小尺寸装药的相对过载方程,得到了装药的过载表达式,分析了装药相对过载与弹体相对过载的关系。对弹载装药侵彻混凝土靶板进行了仿真计算,得到了与理论分析一致的结果。为小型装药的侵彻过载特性评估提供了理论参考和分析方法。     

高速动能弹侵彻硬目标加速度测试技术研究

通过理论分析、计算机模拟和现场实测,研究了弹体高速侵彻硬目标时,弹体中应力波传播对弹体实测加速度的影响规律;采用不同密度、不同孔径的泡沫铝材料对电路模块进行保护。利用自主研制的弹载高g值加速度存储测试仪器,现场测取了弹体侵彻混凝土靶过程中的加速度,并分析了测试数据的有效性。     

应力波传播对弹丸实测超高值加速度的影响

采用较为简单的力学模型和简化的边界条件,以直杆一端施加一半正弦载荷脉冲和模拟弹体冲击刚性靶为例,用理论推导和计算机仿真的方法分析应力波传播和弹体加速度的关系.并采用LS-DYNA对加速度存储测试电路系统(含其缓冲结构)的壳体上不同点的加速度分布进行了计算机仿真.研究表明,在弹体侵彻目标时,刚体的弹体质心加速度与实际值相差好几倍,数据处理时应根据具体目的分析.     

玄武岩纤维增强复合材料抗弹性能试验研究

摘要：为了研究玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能,利用不同树脂基体制作了玄武岩纤维增强复合材料靶板试件,进行了弹道测试。研究了玄武岩纤维增强复合材料的抗侵彻性能和典型破坏模式,并分析了不同树脂基体和不同铺层方式对靶板防弹效果的影响。研究表明,玄武岩纤维增强复合材料在受弹体侵彻时,主要呈现局部破坏,破坏形式是迎弹面的纤维剪切失效、背弹面的拉伸断裂失效。另外,根据轻型防护的要求,提出设计新型防护结构的思路。研究结果可以为轻型复合装甲设计提供参考。     

基于加速度测试及模糊模型的弹丸侵彻混凝土深度实时预测方法

为了对卵形弹垂直侵彻半无限厚混凝土目标的侵深进行实时预测,提出了一种基于实测加速度值及模糊模型的计算方法。该方法根据瞬时速度的不同将侵彻过程分成了高速侵彻、中速侵彻和低速侵彻三个阶段,并分别采用不同的模型对每个阶段的减加速度、速度和侵彻深度进行了描述。通过判断减加速度的计算误差,自动确定了高速侵彻阶段与中速侵彻阶段以及中速侵彻阶段与低速侵彻阶段的截点速度。同时,利用实测的全弹道加速度曲线,实时计算了侵彻过程的初始冲击速度。将实验后所测得的侵彻深度与模型预测的侵彻深度进行比较,结果表明该预测方法可以对侵彻深度进行准确地实时计算。     

高g值冲击下泡沫铝填充铝壳吸能特性研究

在弹体高速侵彻硬目标和弹箭爆炸抛撒过程等环境中,弹载测控电路将承受数万g的冲击加速度作用,因此需要对测控电路模块进行缓冲保护.为了设计较优的保护结构,提出了3种不同厚度的铝壳和不同密度泡沫铝的填充结构,利用LS-DYNA有限元软件,从载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应等4个评价指标对泡沫铝填充铝壳缓冲吸能效果进行评估.结果表明,厚度为0.8mm、密度为1.1g/cm3填充结构的缓冲吸能效果在不同组合中最好.     

基于SoC的动态参数记录仪微型化研究

存储测试的主要特点是测试仪器置于被测对象内部或被测环境中实时地获取动态参数,为了减小测试仪器对被测对象的影响,需要减小测试仪器的体积,实现测试仪器的微型化.针对存储测试仪器的微型化需求,提出利用SoC系统集成、模块化结构等技术,将数字电路的ADC模块、控制模块、存储模块、接口模块等集成在专用SoC芯片中,同时,将测试电路分为模拟电路、SoC数字电路、电池等模块,立体封装在机械壳体里,设计并实现了微型化的动态参数记录仪.基于SoC的微型化动态参数记录仪体积约10 cm³,可以嵌入被测体内或者置入被测环境中,实时获取相关动态参数.试验表明,基于SoC的微型动态参数记录仪可以用于应变、侵彻加速度、火炮膛内压力等动态参数的测试.     

蜂窝铝的侵彻实验研究与有限元模拟

目的 研究弹体侵彻蜂窝铝的力学行为。方法 在实验中, 通过轻气炮加速的尼龙弹体冲击蜂窝铝靶体。利用Ansys/LS-DYNA建立了弹体侵彻蜂窝铝的壳单元有限元模型。结果 实验给出了冲击速度为140和167 m/s时弹体的加速度曲线。运用壳单元模型对蜂窝铝的侵彻进行模拟, 得到了弹体的加速度曲线以及蜂窝铝在侵彻过程中的变形图。结论 将模拟结果与实验结果进行了对比, 发现模拟结果与实验结果符合较好, 证明了壳单元有限元模型模拟蜂窝铝侵彻行为的可靠性。     

某带泡沫护帽的筒装导弹跌落仿真分析

目的验证某肩扛发射的筒装导弹在0.5 m跌落工况下聚氨酯泡沫护帽的缓冲效能。方法对筒弹进行0.5 m无损跌落试验,发现挡销块被剪切破坏,通过固定在弹体上的加速度传感器,得到弹体加速度数据;然后通过有限元仿真软件Ansys/LS-DYNA模拟筒装导弹的跌落过程,分别得到挡销块应力分布及弹体加速度数据。结果挡销块某区域应力超过其材料强度极限,从而发生单元失效,与试验现象一致;弹体在弹轴方向上的加速度最大值为200g,与试验值183g的误差为9.3%,表明建立的仿真模型合理有效。根据此模型对提出的2种改进优化方法的有效性进行了仿真验证。结论通过试验与仿真对比建立合理有效的有限元仿真,验证了更改挡销块材质及加厚护帽,均可满足在0.5 m跌落环境下的强度要求,为产品下一步的改进优化提供了有效建议,可提升产品的研制效率,节约试验成本。     

High-G drop impact response and failure analysis of a chip packaged printed circuit board

This paper is concerned with constructing a high-G drop impact test condition for investigating the impact-induced failure phenomenon of the solder ball array located in the chip packaged printed circuit board. An impact environment satisfying the JEDEC B service conditions, requiring a 0.5 ms half-sine impact pulse duration with a peak acceleration at 1500 G, were constructed using an instrumented drop tower tester. Fifteen wafer-level CSP chips were installed on a standard printed circuit board (PCB) with a dimension of 132×77×1 mm³. A number of these chip packaged PCB bonded with four different compositions of solder joints with or without lead using the surface-mounted technology (SMT) were studied. During the drop impact tests, the chip packaged PCB circuit was monitored using the multi-event detector system (ETAC) to examine whether circuit fails or not. In addition, the drop impact dynamic response of the PCB and the acceleration at the prescribed location of the drop table were recorded and analyzed. Transient stress responses in the solder joints were provided using the LS-DYNA explicit code. Numerically predicted failure locations of the solder joints are close to those observed from actual drop impact experiments.     

物品贮运环境监测系统的抗冲击性能仿真分析

目的设计一种能实时监测物品贮运过程中的温度、湿度、加速度等3个参数并进行数据采集存储,同时能记录时间的具有高可靠性的贮运环境监测系统。方法通过有限元分析软件Ansys对壳体及电路板分别进行有限元抗冲击仿真。结果由壳体在冲击作用下的最大变形为0.03 mm及25.5 MPa的Von Miss等效应力证明壳体具有抗冲击可靠性,对电路板进行模态分析的结果证明,电路在环境冲击作用下能够可靠工作。结论设计的贮运环境监测系统具有良好的可靠性。     

舰载超近程反导弹药冲击引爆战斗部的研究

建立了舰载超近程反导智能弹药毁伤元撞击反舰导弹战斗部的理论模型和有限元模型,计算了不同速度下舰载超近程反导智能弹药毁伤元冲击引爆反舰导弹战斗部的可能性,然后利用有限元方法进行了仿真计算,仿真结果与理论分析吻合较好。研究结果表明:当毁伤元材料采用93#钨、速度大于1.80km/s时,撞击产生的冲击波压力理论计算值和数值模拟结果均大于5.63GPa,说明舰载超近程反导智能弹药毁伤元的高速撞击可以引爆加装Comp.B炸药的反舰导弹战斗部。     

复合泡沫填充管的高g值冲击防护特性

目的 为避免或减小高g值冲击对弹内轻质元器件的破坏,应加强对轻质元器件缓冲防护结构的研究。方法 基于新型复合泡沫和通孔泡沫铝的2种泡沫填充管,通过万能试验机和落锤冲击系统研究了2种泡沫填充管的静动态力学特性,并运用数值模拟方法研究高g值冲击下等质量的泡沫填充管与夹芯管的加速度缓冲效果和吸能机制。结果 数值模拟所得结构变形和落锤加速度与实验结果较为一致,验证了数值模拟方法的可靠性。复合泡沫平台应力具有显著的应变率效应,其填充管压溃载荷平稳且高于泡沫铝填充管,比泡沫铝填充管体现出更优异的高过载防护性能。等质量的泡沫夹芯管的抗冲击性能优于填充管,2种泡沫填充而成的夹芯管具有相似的高过载防护性能,泡沫材料压缩行为对夹芯管压溃载荷特征的影响低于填充管。结论 所得结果对轻质元器件的高g值缓冲防护有较强的指导意义。