结构参数影响聚能杆式弹丸成型的数值模拟

应用LS-DYNA3D软件对聚能杆式弹丸的形成过程进行数值模拟,研究了药型罩外曲率半径、壳体厚度、外层炸药等因素对聚能杆式弹丸成型的影响规律,得出形成理想聚能杆式侵彻体的各参数之间的关系;并对比分析了钢壳和铝壳形成理想聚能杆式弹丸的条件差异;模拟结果可应用于轻型壳体的聚能杆式战斗部结构设计。     

基于SPH-FEM方法的半球形聚能装药破甲特性研究

为了研究杆式射流的形成及破甲过程,基于SPH-FEM方法建立半球形聚能装药模型,对半球形聚能装药起爆后形成金属射流及射流穿透双壳的过程进行仿真模拟。通过对射流形成过程、速度衰减规律以及壳体破口形成过程进行分析,得到以下结论:在半球形聚能装药的爆轰作用下,药型罩被高压冲击变形继而形成了高速的金属射流;射流头部最大速度可达约4 174 m/s;射流在击穿双壳的过程中会发生断裂形成射流断裂块,第一层壳在被击穿过程中,经历了冲塞、凹陷等过程,第二层壳直接被射流穿透,之后不断地被射流断裂块击穿。整个计算旨在对半球形聚能炸药的工程设计提供参考。     

聚能射流侵彻引爆薄壁弹试验研究

针对废旧弹药炸毁处理特点和当前炸毁方法不足,利用聚能效应原理,设计1种用于废旧危险弹药销毁的轴对称射流聚能引爆器,该装置呈圆柱体结构,主要由聚能体、起爆组件和壳体组成,一端开口,用于聚能射流形成与侵彻并在圆柱体前端设计了有利炸高,另一端用于固定起爆组件。聚能体由截锥形药型罩、高能炸药组成;起爆组件由雷管、导爆管组成;壳体材质为工程塑料。根据废旧弹药炸毁要求,介绍了聚能引爆器操作使用方法,利用该装置开展了某小口径薄壁弹丸销毁试验。销毁试验证明,该聚能引爆器可以有效销毁废旧危险弹药。     

基于等质量变壁厚球缺罩聚能杆式射流成型特性研究*

基于变壁厚球缺罩质量恒定假设,通过改变药型罩内表面曲率半径rx 和罩顶厚度s,调整药型罩的结构,建立了δs与rx 设计参数计算模型;采用LS-DYNA3D显式非线性动力有限元程序,对不同结构变壁厚球缺罩形成聚能杆式射流的过程进行三维数值模拟;设计出罩顶厚度改变量δs 在（-1．2～＋1．2） mm范围内的7种不同结构变壁厚球缺罩方案,研究其形成聚能杆式射流的形态和各项性能参数的变化规律,并与等壁厚药型罩形成的聚能杆式射流参数进行对比分析。研究结果表明：变壁厚球缺罩对杆式射流的形状、长度、密实度和断裂时间等性能参数均有较显著影响;当δs ＝-0．4mm时,杆式射流头部速度为3317m/s,并且速度梯度分布合理,杆式射流的综合性能较优。     

复合材质杆式射流侵彻水下目标的数值模拟

为了实现聚能战斗部对水下目标的高效毁伤,在传统聚能战斗部的基础上设计了一种采用不同材料的球缺罩与偏心亚半球形罩组合的聚能战斗部。阐述了复合材质组合式聚能战斗部的结构设计及作用原理,利用有限元软件AUTODYN数值模拟了其成型及侵彻水下靶板的过程,并与传统的偏心亚半球缺式和单一材质组合式战斗部的毁伤效果进行了对比。研究表明,复合材质组合式战斗部形成的前级杆式射流侵彻水介质过程中可以为后级杆式射流开辟无耗能通道;在相同炸高下,侵彻相同厚度的水介质与靶板后,与传统杆式射流相比,复合材质杆式射流的动能衰减率最小,剩余动能提升了28.59%。该复合材质组合式聚能战斗部可以实现对水下目标的高效毁伤。     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。     

混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性评估

为研究混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性,采用试验与数值模拟相结合的方法对混凝土墩体在杆式射流(jetting projectile charge, JPC)和爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)两种聚能侵彻体作用下的易损性进行了评估。结果表明：当聚能侵彻体打击混凝土墩体顶面或侧面时,会形成近似圆形或带缺口的近似椭圆形的毁伤区域,打击位置越靠近毁伤区域中心,墩体毁伤越严重;聚能侵彻体垂直打击墩体顶面或沿水平方向打击墩体侧面时,毁伤区域的中心分别与墩体顶面中心和侧面的几何中心重合;斜上方打击墩体侧面时,JPC和EFP对应的毁伤区域中心分别下移约27.8 cm和28.2 cm;斜下方打击墩体侧面时毁伤区域中心分别上移约26.5 cm和28.7 cm;沿水平方向打击墩体侧面时,更易使墩体出现重度毁伤;相同打击条件下,JPC对混凝土墩体的毁伤效果优于同口径装药的EFP。     

大开孔聚能装药威力性能研究

为了实现聚能装药大开孔威力要求,针对典型钢靶和混凝土目标,对3种不同结构的聚能装药展开研究。数值模拟研究了紫铜、钛合金、铝/钛3种球缺罩的杆式射流成型、开孔及侵彻威力性能;通过静破甲试验对不同结构聚能装药开孔及侵彻威力进行测试和分析。数值模拟结果表明:内/外罩材料为铝/钛时,开孔威力较钛合金罩、紫铜罩有明显提高,其侵彻威力较钛合金罩有所提高,紫铜罩的开孔威力相对最差。静破甲试验结果表明:铝/钛复合杆式射流对45#钢靶及C35钢筋混凝土的开孔孔径较钛合金、紫铜杆式射流有明显提高,其主要原因是低熔点钛、铝的高温气化效应及与靶板介质在熔融状态下发生脆性化学反应,导致靶板抗侵彻强度降低。     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲。其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹。运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究。通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因。经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符。     

线性聚能装药干扰杆式穿甲弹的数值模拟研究

聚能型爆炸反应装甲是目前最先进且具有三防功能的新型爆炸反应装甲。其中,大锥角线性聚能装药结构是反应装甲结构设计中最重要的部分,主要用来拦截来袭高速杆式穿甲弹。运用ANASYS/LS-DYNA有限元数值模拟仿真方法,对线性自锻破片干扰杆式穿甲弹的过程进行了数值模拟研究。通过对线性自锻破片成型过程、线性自锻破片对长杆弹的干扰过程和长杆弹侵彻后效靶板过程进行深入分析,得出了长杆弹被线性自锻破片干扰后穿甲威力下降的两个主要原因。经实验验证,数值模拟与实验结果基本相符。     

新型电磁发射拦截弹对钨合金长杆弹拦截效果的数值模拟

本文提出了一种新型电磁发射拦截弹,以拦截弹与钨合金长杆弹碰撞过程为例,使用LS-DYNA程序建立了拦截弹和钨合金长杆弹的三维有限元模型。在拦截弹对钨合金长杆弹的拦截效果问题上进行了数值模拟分析,并得出了不同着角和钨合金长杆弹运动速度对拦截效果影响的关系曲线,给出了拦截弹与钨合金长杆弹碰撞后的速度变化及状态改变情况,结果表明,拦截弹对钨合金长杆弹起到了较好的拦截作用,两者碰撞后,钨合金长杆弹对装甲车辆的穿甲效果明显降低。     

Experimental and numerical study on the flight and penetration properties of explosively-formed projectile

The whole process of formation, flying and penetration of explosively-formed projectile (EFP) is simulated by a 3D coupled hydrocode of Ls_dyna. The caliber of the shaped charge is 60 mm and EFP is a kind of overturned shaped charge. The Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) method is adopted to consider the fluid–solid coupling problem. The velocity attenuation equation is fitted to forecast the flight distance of EFP. The penetration property of EFP to the armor plate is studied by similarity theory and numerical simulation. For validating the equation, a test is designed to study the residual velocity after penetrating a 25 mm thick steel plate from a distance of 48 m. Therefore, some important solutions are obtained from the comparison of the simulation and experiment. The solutions are optimized charge structure of EFP, the ideal shape of projectile, the attenuation rule of flight process and the penetration property after 48 m flight. The numerical solution fits the experimental data well and the study results provide important reference to the design of EFP in engineering.     

起爆形式对线性成型装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下对三种起爆方式下线性成型装药射流形成差异进行了理论和数值模拟分析,得出了不同起爆方式下射流头部速度的大小关系、射流内部速度的分布规律。在此基础上进一步提出了三种起爆方式下线性成型装药切割目标的恰当的数值模拟方法。     

考虑攻角的长杆弹斜穿透中厚铝靶机理

攻角对长杆弹斜侵彻有重要影响,该文通过大量数值模拟研究了攻角对长杆弹斜穿透中厚铝板的影响机理。基于实验验证的有限元模型,开展了变速度和攻角的多工况数值模拟,得到了侵彻过程中弹体的减加速度大小、速度方向以及整体弯曲的变化规律,分析了侵彻速度、倾角和攻角对侵彻阻力、弹体弯曲和弹道偏转的影响。结果表明:带攻角斜侵彻时,负攻角对弹体弯曲的影响明显大于正攻角,且弹体弯曲随着侵彻速度的增大而减小;随着斜侵彻速度的增大,攻角引起弹体甩尾和弹道偏转越明显,此时带攻角的斜侵彻过程的能量损耗机理明显不同于正侵彻和无攻角的斜侵彻。     

Simulation of hollow shaped charge jet impacts onto aluminium whipple bumpers at 11 km/s

The computational technique of Smoothed Particle Hydrodynamics (as implemented in the hydrocodes AUTODYN-2D and AUTODYN-3D) has been used to simulate the impact of hollow shaped charge jet projectiles onto stuffed Whipple bumper shielding. Due to limited availability of material models, the interim Nextel/Kevlar-Epoxy bumper was modelled as an equivalent thickness of aluminium. Stuffed Whipple bumper shields are used for meteoroid and debris impact protection of the European module of the International Space Station (the Columbus APM). A total of 56 simulations were carried out to investigate the impact processes occurring for shaped charge jet impact. Sensitivity studies were carried out on the influence of projectile shape, pitch, yaw and strength at 11 km/s to determine the range of debris cloud morphologies. The debris cloud structure was shown to be highly dispersed, and no projectile remnant was observed at the centre of the cloud. The mass of an aluminium sphere producing equivalent damage to a shaped charge jet projectile was in the range 1.5 to 1.75 times greater than the mass of the shaped charge jet projectile. Upon loading by the dispersed debris cloud, the interim bumper failed by spallation, producing fragments moving at 2 km/s or less. The fragments distorted the rear wall (pressure wall) of the shield but did not perforate it. The experimental data show rear wall deformation but to a lesser degree. Perforation of the rear wall, observed for one test, was not reproduced by the simulation. Nextel/Kevlar-epoxy material models are required to reproduce correctly the interim bumper failure under debris cloud loading.     

The effects of a random off-axis velocity component on the penetration achieved by long rod kinetic energy penetrators and shaped charge jets

The impact of long rod kinetic energy penetrators and shaped charge jets on homogeneous targets is investigated. In particular the effects of a random off-axis velocity component on the penetration achieved are analyzed. The aim of this study is to consider the case where the off-axis velocity component takes a uniform value W along the rod or jet.

It is assumed that penetration takes place according to the classical hydrodynamic penetration law, and that it continues either until the projectile material is exhausted or until a side wall collision occurs. The penetration is evaluated as a function of a reference coordinate q defined along the projectile, and the corresponding crater radius distribution R(q) calculated, on the assumption that W is zero. The locus of the penetration stagnation point S corresponding to the true value of W is then determined as a function of q and a revised crater profile is calculated with radius R(q), centred on S. We determine whether a side-wall collision occurs, and calculate the final penetration, P. The probability that P exceeds a given value P_o is found. We then determine the expected value of P and investigate parameter variations to maximize this value.     

基于SPH方法对不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻过程的模拟

为了解决传统基于网格的数值方法在模拟线性聚能射流问题时因大变形而导致网格畸变使计算难以进行的问题,本文通过自编程实现的光滑粒子法（SPH）对不同药型罩线性聚能装药射流形成及其侵彻金属靶板的过程开展了数值模拟研究,所实现的算法可以为线性聚能射流数值模拟研究提供新途径。本文所开展的研究首先基于已有的线性聚能射流试验模型进行模拟分析,采用SPH方法有效实现了线性聚能射流的形成过程,数值模拟获得的射流头部速度与试验比对误差在10%以内。然后建立了装药质量、药型罩质量和装药横截面宽度相同的前提下不同药型罩线性聚能射流模型,数值模拟获得不同药型罩形成的射流特征以及侵彻金属靶板的开口宽度和侵彻深度随时间的变化规律。研究得到的不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻规律可为线性聚能射流的设计提供参考。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。