典型榴弹自然破片质量分布的表征模型

研究典型榴弹爆炸自然破片质量分布的模型表征,为弹丸威力设计与评估等提供理论和技术支撑.基于弹丸口径、弹形结构、装药及弹体材料选择的典型性制备样弹,通过水中爆炸获得破片数量、质量数据;用5种经典破片质量分布表征模型分别对试验数据进行拟合处理,得到破片质量分布图像及拟合相关系数,据此对比分析破片质量分布表征模型的适用性和实用性.结果表明:双参数分布模型比单参数分布模型拟合精度更高、适用性更好;双参数的Weibull分布模型相比Held分布模型,既可直观反映弹体破碎性,又可直接求解有效破片数,在弹体材料选型与设计、弹丸威力设计与评估等方面具有更好的工程实用性.     

通过弹钢材料提升榴弹威力的原理与方法

针对典型的自然破片杀伤榴弹,研究通过弹丸壳体材料提升威力的原理与方法,为弹钢材料创新、发展与应用等提供理论和技术支撑。采用理论推导与试验研究相结合的手段,提出了通过调控弹钢材料的晶粒平均直径■和破碎尺度参数μ、实现有效破片数暨杀伤威力提升的原理与方法。试制了两种新弹钢40SiMn2X和50SiMnX,选择一种122 mm榴弹弹丸结构,进行制式壳体材料50SiMnVB和两种新材料各2发的静爆威力对比试验。研究结果表明,所提出的榴弹威力提升原理与方法具有科学性、合理性和实用性;新弹钢40SiMn2X和50SiMnX力学性能优越,对轻型装甲车辆和人员目标的杀伤威力半径比50SiMnVB分别提高了31.6%和12.3%,且均能够兼顾两种目标实现共同提升,具有重要的工程应用前景。     

高破片率钢预制破片弹毁伤效能分析

为提高某制式杀伤爆破榴弹毁伤能力,提出改普通D60钢弹体材料为高破片率钢弹体材料。文中将高破片率钢预制破片弹与某型号制式杀爆弹的毁伤能力进行理论计算对比,结果表明:钢预制破片弹杀伤威力较制式弹提高了70%;静爆试验对比,结果表明:钢预制破片弹对12m以内8mm厚装甲钢板具有较强的毁伤能力,杀伤威力较制式弹提高了73%。理论计算与静爆试验结果基本吻合,高破片率钢预制破片弹较制式杀爆弹毁伤能力显著提高。     

回火温度对50SiMnVB钢壳体形成破片性能的影响

为了获得不同回火温度条件对壳体形成破片性能的影响规律,选取3种回火温度下的50SiMnVB钢作为壳体材料,通过破片初速测定试验与水井静爆破片回收试验研究了50SiMnVB钢壳体形成破片的速度及质量分布等性能,并应用AUTODYN-3D有限元软件仿真研究了50SiMnVB钢壳体膨胀破碎形成破片的过程及破片速度、质量变化规律。研究结果表明,随着回火温度的不断升高,50SiMnVB钢壳体的破碎程度随之降低,形成破片的总数逐渐减少,但质量在1.0 g以上的有效破片数目逐渐增加,相对提高了77.4%,而不同回火温度条件对50SiMnVB钢壳体形成破片初速影响不大。     

典型破片质量对弹丸威力影响及控制方法研究

弹体破碎性试验是考核破片数质量分布情况、计算典型破片质量、评价弹药威力的一项重要试验项目,典型破片质量直接影响着破片初速、破片速度衰减系数、杀伤面积等。目前靶场破碎性试验数据处理方法主要依据GJB3197—炮弹试验方法进行,典型破片的质量为破碎率曲线插值计算结果,存在一定的误差。针对当前典型破片处理方法存在的问题,提出了一种易行的破碎性试验结果处理方法,即增加典型质量分级区间的方法。经检验证明该方法优于目前的处理方法,典型破片的质量更加接近于实际称量质量。     

小口径榴弹自然破片形成过程的数值模拟

采用AUTODYN软件中基于Mott分布生成自然破片的Stochastic材料破坏模型,对30mm小口径榴弹壳体膨胀和自然破碎过程进行了数值模拟,获得了破片初速、飞散角沿轴向曲线分布及破片质量分布,仿真结果与破碎性试验回收破片的统计结果吻合较好。     

弹体破片分布及破碎性系数计算

为了研究弹体破片分布与材料、炸药、壳体等的影响关系,以Mott模型为基础,通过切片的方法对弹体进行了理论分析.分析了破碎性系数B的主要影响因素,通过量纲分析得到了破碎性系数B计算公式.通过该公式得出了13 mm壁厚弹体破碎性系数,且得到破片数和破片质量分布,并与试验数据进行对比分析误差小于5％,是因为回收率和端盖的影响.提高破片回收率和排除端盖的影响,该破碎性系数计算公式可用于弹体破碎性分布计算.     

反击弹破片飞散特性研究

为使模拟弹爆炸驱动后形成大小均匀、飞散合理的破片群,对模拟弹弹体采用预制破片技术。利用LS-DYNA有限元计算程序和破片初速经验理论公式,得到破片飞散的初速、破片沿着轴向的速度分布和破片向前、向后的飞散角度,并设计模拟弹进行靶场试验验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果近似一致,且采用预制破片技术对弹体改性后形成的破片较均匀。     

高应变率下金属柱壳动态变形及形成破片特性研究

针对高应变率下金属柱壳动态变形及断裂响应问题,以50SiMnVB钢和40CrMnSiB钢壳体材料为研究对象,应用超高速摄影技术以及Autodyn数值模拟软件研究了壳体在高应变率下的动态变形过程。获得了壳体外壁自由面径向位移以及速度变化规律,并对回收所得破片的尺度分布规律以及断裂特性进行了分析。结果表明:壳体内部裂纹贯穿整个壁厚发生在20~25μs之间;40CrMnSiB钢壳体达到的稳定速度比50SiMnVB钢壳体提高了8.1%;试验回收所得壳体环向方向断裂形成的破片宽度变化呈正态分布,且40CrMnSiB钢壳体形成的破片质量在0.1 g以上数目比50SiMnVB钢壳体增加了49%,破碎程度更加严重。     

一种高速破片加速装置设计研究

针对研发、检测弹药的安全性试验需求,通过分析高速弹丸加载的内弹道特性,结合身管结构的力学和强度分析,设计了一种采用火药燃气驱动技术的高速破片发射装置,该装置口径为25 mm,长度4 m。设计最大装药量200 g,发射最大弹丸质量75 g,最大膛压250 MPa。计算了该装置速度、压力与装药量、弹丸质量的关系,并与试验结果进行比较,发现二者具有较好的一致性。利用该发射装置,可将65 g质量的弹丸发射至1 840 m/s,实现了破片的高速可控加速,可应用于弹药的破片撞击安全性考核。     

小口径智能弹药发射高过载环境下弹载模块电路应力分析

针对小口径智能弹药发射时弹载元器件极容易发生损坏失效的问题,对其高过载环境下弹载模块电路应 力进行分析。设计弹药弹载电路模块的防护结构,采用HYPERMESH 与ABASQUS 软件建立弹丸和刚体滑膛身管的 有限元模型,得到弹载电路的应力分布,计算不同防护外壳厚度下弹载电路模块的应力响应,并对聚氨基甲酸乙酯、 丙烯酸、硅酮和环氧树脂等灌封材料进行有限元数值仿真。该分析可为后续弹丸弹载模块的设计提供参考。     

爆炸洞内废旧弹药破片质量分布研究

在爆炸洞内对85加弹丸进行爆炸试验,并通过Mott公式对破片质量分布进行了计算.其结果表明:爆炸洞内废旧弹药破片质量分布与经验公式的预测有一定误差,它不仅与弹体本身的属性有关,而且与爆炸洞体的强度、结构等因素有关.但总体上可预见破片质量的分布.     

杀伤爆破战斗部杀伤威力的多目标优化

杀伤爆破战斗部杀伤威力一直是杀伤爆破战斗部设计中关注的技术指标之一.基于Stochastic随机破碎模型和破碎性试验对杀伤爆破战斗部威力参数进行研究,分析装药种类、弹体壁厚和弹体材料对杀伤爆破战斗部有效破片形成的影响规律.以弹体材料参数和弹体厚度为设计变量,以有效破片的数量和平均动能最大为优化目标,采用非支配排序遗传算法得到不同设计变量条件下的Pareto最优解集.结果表明:Stochastic随机破碎模型可以有效地反映战斗部形成有效破片的质量分布规律;基于代理模型和多目标遗传算法的战斗部杀伤威力优化方法,能够有效提高杀伤爆破战斗部的杀伤威力,优化结果可为杀伤爆破战斗部设计提供参考.     

弹丸破碎时壳体半径与破片大小和数目的关系仿真

针对当前各爆炸仿真软件解决壳体破碎问题的不足,将经典壳体破碎理论和数值仿真方法充分结合,建立了一种新的仿真方法,以此来计算弹丸破碎时壳体半径与破片大小和数目的关系,从而为弹丸的威力设计提供理论帮助。通过编制的Matlab程序,并进行大量的数值实验,得出了圆环不同半径与破片尺寸和数目的关系。经计算表明,这种方法可以减少实验量,且计算结果比较可靠。     

弹丸破片速度衰减规律研究

采用理论分析和试验测试相结合的方法,对弹丸破片的速度衰减规律进行了研究.通过理论分析得到计算弹丸破片迎风面积的数学模型,由试验得到某型远程杀伤弹破片的质量分布情况和初速分布情况,通过数值分析,用Matlab绘出了该弹破片速度衰减曲线.结果表明,初速和飞散距离相同的破片,破片质量越大,存速越大.该方法对于计算弹丸杀伤半径和杀伤面积有实际意义.     

高能束控制破碎模拟弹体破片分布试验研究

采用扇形靶试验对高能束控制破碎模拟弹进行预制破片分布考核。从静爆靶试结果显示:模拟弹侵彻3 m靶距不同厚度A3钢板,破片分布在预计范围内,破片飞散角实测结果小于18°,破片带内的破片密度平均为2.68个/dm2;该弹采用高能束控制破碎技术处理后,破片控制效果好,能够满足弹丸的设计要求。     

壳体材料对含铝炸药装药爆炸威力的影响

为了研究壳体材料对高能含铝炸药装药爆炸威力的影响,采用3种壳体材料,利用分步压装工艺装填含铝高能炸药,进行威力对比试验。结果表明：壳体材料的塑性、屈服强度等力学性能对破片速度和有效破片的形成有一定的影响;壳体材料为50SiMnVB的榴弹装药综合威力较高。     

弹体和弹芯对穿甲爆裂弹毁伤效果的影响

穿甲爆裂弹是一种无含能材料、具有一定穿甲能力和良好破片杀伤威力的多用途新概念弹药,能够有效对付现代战场上日益增多的装甲运兵车、指挥车和自行火炮等装甲车辆及半硬介质目标,是世界各国都在积极研究的一种新概念的弹药。文中对该弹在未来战场上的作用和国外研究现状进行了论述,对其作用机理、弹体和弹芯对其毁伤效果的影响进行了分析,对不同弹体材料和壁厚对该弹的毁伤效果进行了仿真计算,并试验验证了弹体材料和壁厚以及弹芯材料对该弹毁伤效果的影响规律,试验结果与仿真计算结果基本吻合。     

一种双模式战斗部成形过程及破片发散角影响因素分析

为实现弹药的一弹多用,设计了一种在爆炸成形弹丸结构前适当位置安装一个可抛掷的十字形切割网罩的可选择作用/双模式战斗部装药结构。采用LS-DYNA3D程序,对药型罩经过切割网罩形成多个破片的过程及影响因素进行了数值仿真研究,仿真结果与试验结果吻合得较好。研究表明:该装药结构能形成5片具有一定质量和方向性、速度达到1 500~1 800 m/s的破片;破片的形成和发散角α与切割金属丝的直径D、材料密度,ρ以及它与药型罩之间的距离d有关。一般而言,α随着D的增大而增大,ρ越大越有利于切割但对α影响不大,而d则需在一定的范围之内才能形成理想的破片,并存在一个最佳值。     

弹丸破片空间分布规律研究

文中在对弹丸破片空间分布规律进行了理论分析的基础上,结合球形靶试验和弹丸破片初速试验,得到了弹丸空炸时破片初速和破片密度随落速变化曲线图。本结论符合实战情况,对改进弹丸结构设计,提高杀伤威力具有指导意义。