刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用 LS-DYNA 显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明：根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现“J”弹道。     

复合式侵彻体斜侵彻多层钢靶弹道研究

为优化弹体头部外形,减小侵彻过程头部侵蚀对弹道偏转的影响,进而提升弹体斜侵彻多层靶弹道稳定性,设计了一种复合式侵彻体,利用ANSYS/LS-DYNA,计算了复合式侵彻体以500～800 m/s速度侵彻3层间隔钢靶的弹道偏转情况,对比了复合式与整体式侵彻体弹道偏移量,探讨了帽罩材质对复合式侵彻体弹道的影响机制,并进行了实...     

弹体侵彻岩石-混凝土复合靶数值分析

为研究弹体高速侵彻花岗岩-C60混凝土复合靶板的侵彻规律,通过显示动力学软件LS-DYNA建立了尖卵形弹体侵彻复合靶板的数值仿真模型,分析了不同入射速度,不同靶板倾角下弹体高速侵彻复合靶板作用过程,得出弹体速度、靶板倾角对弹体侵彻复合靶板的影响规律。由仿真结果可得：弹体余速随入射速度的增加呈现先增大后减小的趋势,弹体磨蚀率随入射速度的增加呈现增大的趋势。当弹体入射速度一定时其偏转角随靶板倾角的减小呈现增大的趋势,且弹体侵彻第2层靶板时其偏转角较第1层靶板还有所增加。弹体过载与入射速度呈正相关且与弹体质量磨蚀有关,当弹体弯曲时弹体过载会上升。     

降低终点弹道偏转效应弹体结构设计

针对弹体侵彻过程中弹道偏转现象,开展了降低弹体弹道偏转效应研究.设计了一种锥形结构实验弹体,对其侵彻混凝土靶板过程中受力情况进行了分析,锥形结构弹体侧壁力矩有助于降低弹体侵彻过程的弹道偏转程度;采用130 mm轻气炮开展了锥形实验弹体侵彻混凝土靶板实验,并与普通直杆形弹体侵彻结果进行了对比.实验结果表明,锥形弹体侵彻弹道的偏转程度小于普通直杆形弹体,锥形弹体在斜侵彻以及高速侵彻厚目标情况下,将有更好的侵彻性能.     

斜侵彻薄靶板过程中弹体偏转的姿态修正方法

弹体斜侵彻靶板后姿态发生偏转,是常规武器侵彻类战斗部研制过程中必须面临和解决的问题,而弹体发生偏转的影响因素很多.在准定常条件下,通过分析弹体侵彻薄靶板时受到的作用力及其偏转角加速度,明确偏转力和偏转力矩的来源和方向.针对不同靶体材质,比较金属靶和混凝土靶侵彻过程中弹体偏转角加速度的异同,结果表明通过调整质心位置和改变弹尾形状能修正弹体过靶姿态.采用数值模拟方法验证了上述结论,该结论可为侵彻弹体的设计和外形优化及提高侵彻弹道的稳定性提供参考.     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹的数值模拟

利用移动载荷自定义程序的弹-靶分离方法,并结合Forrestal半经验靶体阻力函数,开展了串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹数值模拟。在实验验证计算模型及自定义程序可靠的基础上,研究弹-靶轴偏置、倾角、攻角等对串联随进弹侵彻弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：弹-靶 轴偏置、倾角、攻角等因素对弹体的弹道轨迹及侵彻深度影响显著;预开孔孔道具有一定的引导侵彻作用;在弹-靶轴偏置、倾角及攻角的共同影响下,随进弹侵彻预开孔靶存在着跳飞可能。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究.利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证.结果表明:弹体入射角越...     

弹体斜侵彻混凝土仿真分析

利用ANSYS-LS/DYNA 3D有限元软件对弹体侵彻混凝土靶板进行三维数值模拟,得到了靶内弹道破坏特征及弹体运动轨迹,并分析侵彻速度和加速度与时间之间的关系,与试验结果比较,该现象与仿真结果基本一致。结果表明:有限元软件能较好的演示混凝土的破坏过程,揭示试验中无法观察到的现象,预估斜侵彻弹体的侵彻深度及方向偏转。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

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。     

刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板耗能分析

本文分析了刚性尖头弹侵彻贯穿金属薄靶板的过程和耗能机理,由能量守恒建立了刚性尖头弹垂直入射金属薄靶板花瓣型穿孔最小穿透能量的无量纲表达式.基于铝合金及纯铝靶板弹道极限试验数据,得到一个计算金属靶板花瓣型穿孔弹道极限速度的半理论半经验公式,并与低碳钢靶板弹道极限试验数据进行了比较,计算结果与试验吻合较好.分析讨论了弹体初始速度对剩余速度和靶板耗能的影响.     

弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶姿态变化实验和理论研究

为研究弹体斜侵彻薄混凝土靶的姿态变化规律,进行了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶过程的弹道变化参数。在弹体斜侵彻贯穿混凝土靶理论模型的基础上,推导得到了改进的弹体斜侵彻薄混凝土靶终点弹道理论计算模型。用改进模型计算得到的弹体过靶后剩余速度和姿态变化角度与实验结果吻合较好。     

弹体斜侵彻高强度混凝土及其损伤的试验

阐述了弹体斜侵彻高强度混凝土试验过程,得到了侵彻深度与弹体速度、侵彻角度之间的关系;用超声波CT成像表征靶体侵彻前后混凝土损伤演变。实验结果表明,相同速度下,侵彻角度越大,对应的侵彻深度越小。相同侵彻角下,弹体速度与侵彻深度之间并不是线性关系;用CT成像剖面图上对应位置的波速变化来分析靶体的宏观破坏和微观损伤,与试验观测结果有很好的一致性,表明用超声波检测CT成像能较好的表征侵彻后高强度混凝土的内部损伤情况。     

反跑道动能弹斜侵彻机场多层跑道的三维数值模拟

应用LS-DYNA有限元仿真软件对反跑道动能侵彻弹斜侵彻机场跑道的过程进行了三维数值模拟。研究了侵彻速度、入射斜角、侵彻弹重心位置以及跑道内介质交界面对侵彻过程的影响。结果表明：侵彻弹弹体质心位置靠前能减少侵彻中弹体的翻转,增加侵彻深度;多层介质界面的存在加速了弹体姿态翻转,侵彻速度越小和斜角越大时其现象越明显,同时改变了弹体过载响应,加剧了侵彻弹壳体应力集中。仿真结果对反跑道动能侵彻弹设计具有参考价值。     

头部非对称刻槽弹体侵彻混凝土目标性能研究

为进一步提高弹体对混凝土类脆性靶体的破坏能力,提出一种可对混凝土施加轴线压缩与切向剪切联合破坏作用的头部非对称刻槽弹体,并在极坐标下表征非圆截面头部弹体结构。利用准静态柱形空腔膨胀模型,建立轴向压缩-切向剪切联合作用下的准静态柱形空腔膨胀理论模型,推导得到考虑剪切效应的靶体响应力函数。在此基础上,发展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限厚混凝土目标局部相互作用模型。基于前述分析,开展了头部非对称刻槽弹体侵彻半无限混凝土目标系列试验研究。研究结果表明：考虑剪切效应的二维空腔膨胀理论及局部相互作用模型的理论计算结果与试验结果吻合较好;与普通尖卵形弹体相比较,头部非对称刻槽弹体具有较好的侵彻能力,能有效提高侵彻深度。     

一种偏航型遮弹层侵彻深度评估方法

偏航型遮弹层作为一种新型复合遮弹层已引起世界各国防护工程界的极大关注。为合理评估偏航型遮弹层的弹体侵彻深度,在弹体垂直入射和斜入射的侵彻深度计算方法基础上,通过引入斜入射偏转系数和偏航层偏转系数来综合考虑弹体攻角效应、命中姿态以及靶体自由表面等因素的影响,建立了概率意义上的偏航型遮弹层侵彻深度简化计算公式。计算结果表明:斜入射偏转系数随命中角和初始攻角的增大而减小,随命中速度增大而增大;偏航层偏转系数随命中速度增大而减小。侵彻深度评估公式的计算结果与试验结果吻合较好,当命中速度较小时,理论计算结果与试验结果较为接近;当命中速度较大时,理论计算结果与试验结果偏差稍大,说明当命中速度较大时弹头部分发生严重变形或破坏,实际的侵彻阻力大于理论值,评估公式尚需进一步修正。     

卵形弹体超高速侵彻砂浆靶的响应特性

为研究砂浆靶目标在动能弹超高速撞击下的破坏响应,利用2级轻气炮开展卵形头部钢杆弹以1 200Symbol~A@2 400 m/s速度侵彻砂浆靶的实验。根据侵彻实验结果,分析得到：靶体开坑直径和开坑深度与撞击速度呈线性关系;随着撞击速度的增加,侵彻深度呈现先线性增加、后逆减、再缓慢增加的趋势,分别对应刚性侵彻、半破碎侵彻和破碎侵彻3种截然不同的侵彻机制。基于前述分析,以内摩擦理论为基础,结合弹体质量损失函数,推导得到刚性侵彻和半破碎侵彻深度计算公式,并与实验结果进行对比。结果表明：考虑弹体质量损失的侵彻深度计算模型理论计算结果与实验结果吻合较好,解释了超高速侵彻过程中侵彻深度逆减的特殊现象,揭示了砂浆靶中侵彻深度变化规律的内在机理。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。