战斗部对混凝土先侵彻后爆轰的数值模拟

利用自编光滑粒子动力学( SPH)程序给出战斗部对混凝土先侵彻后爆炸的数值模拟。在侵彻阶段弹体划分成Lagrangian标准有限元网格,而混凝土则划分成光滑粒子。在启动炸药爆轰计算前将弹体材料的有限元网格也转换成光滑粒子。通过对混凝土先侵彻后爆轰的二维计算给出弹坑的最终体积,同时还给出战斗部壳体膨胀平均速度的历史曲线以及爆轰产物的平均压力过程曲线。     

破爆型串联战斗部第一级爆炸对第二级影响的研究

研究了破爆型随进串联战斗部第一级装药爆炸后对第二级弹体的影响。用中低压型５０Ω锰铜计测量二级弹体上的压力历史，提出了数值计算模型，采用多流体网格方法，对爆轰产物用可变指数的多方气体状态方程，得到了第一级装药爆炸后在第二级弹体上形成的超压和冲量。数值计算结果与物理实验符合较好。     

带直槽弹体对混凝土靶体的侵彻机理分析

文中就一种新型结构弹体即带排屑槽的弹体,基于球形膨胀及动能守恒理论,建立了带槽弹体垂直侵彻混凝土靶的动力学方程,并研究了带槽弹体和混凝土相互作用规律,对比了带槽弹体与普通弹体对混凝土靶的相互作用,通过理论分析计算,得出在600~1 000 m/s的速度范围内,带槽弹体侵彻效果优于无槽弹体,且与弹体预制刻槽数成正比。文中研究结果可为新型侵彻战斗部的设计提供参考依据。     

应力集中在攻坚战斗部中应用的可行性分析

为了使攻坚战斗部在侵彻过程中能有效降低侵彻过载且提高侵彻深度,在卵形弹头部增加具有应力集中特性的结构体;利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件数值模拟弹体对钢靶板的侵彻过程,得到穿透残余速度和侵彻过载,并与常规锥形和卵形弹体相比较。结果分析表明,应力集中弹体较常规弹体能有效提高侵彻深度并能更好的降低过载,为装药安定性等提供保障,验证了应力集中在攻坚战斗部中应用的可行性。     

斜侵彻时攻角对弹道影响的数值研究

为弄清斜侵彻时攻角对弹道的影响,应用LS-DYNA有限元仿真软件对弹体正、斜侵彻混凝土靶板过程进行了三维数值模拟,通过比较正侵彻时仿真结果与Young经验公式计算结果,验证了有限元模型的合理性,而后通过改变弹体侵彻角度和弹速方向,研究了斜侵彻条件下攻角对弹道形状、侵彻深度及爆炸效果的影响。结果表明:斜入射时正、负攻角对应弹道形状差别较大;绝对值相等的情况下,正攻角的侵彻深度及爆炸效果均优于负攻角。     

不同材料弹体侵彻混凝土仿真分析

利用非线性有限元软件ANSYS／LS—DYNA进行了Ф80mm弹着靶速度为1500m／s时,材料为钢的弹体对普通混凝土、加钢板混凝土的侵彻仿真和材料为钨合金的弹体对普通混凝土的侵彻仿真,得到了3种模型下弹体的速度曲线和加速度曲线,结果表明：不同弹体与靶板材料对侵彻能力具有较大影响。     

钻地战斗部侵彻半无限厚混凝土目标仿真研究

针对某钻地战斗部垂直侵彻半无限厚素混凝土目标过程的问题,分别采用Forrestal公式和LS-DYNA动力学仿真软件的二维ALE算法对其进行了计算.其中,在LA-DYNA仿真中,混凝土目标采用JHC模型,分别计算了Ma=2和Ma=2.5两种情况下战斗部侵彻混凝土目标的侵彻深度、侵彻时间、负加速度等基本信息.计算结果符合钻地战斗部侵彻混凝土目标的基本规律;同时,对战斗部前期结构设计、装药抗高过载性能设计和引信延期起爆控制等提供了初步的理论依据.     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

一种改进的混凝土抗侵彻模型及算法

以钻地弹侵彻混凝土工事为研究背景,在土盘模型的基础上,通过引入冲击波衰减、混凝土靶的应变率硬化效应及修正浮动锁应变的计算,提出一个改进的混凝土抗侵彻工程分析方法,并完善该侵彻算法。利用此算法计算出的结果与试验结果能够更好的吻合,说明该分析方法和算法的有效性和实用性。对不同质量、入射速度的弹体侵彻混凝土的侵彻过程参数以及侵彻结果进行理论分析和数值计算,分析入射速度、弹体质量、应变率影响因子和摩擦角等因素对弹体最大侵彻深度的影响。     

基于ANSYS/LS-DYNA的刻槽式MEFP侵彻钢靶的研究

多爆炸成型弹丸战斗部(MEFP)能有效提高炸药利用率和命中概率。基于ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式MEFP战斗部侵彻双层无间隔钢靶的过程,通过使用三维建模方法、不同材料分别选取不同的状态方程和本构方程,采用实体单元和壳单元进行网格划分,得到了刻槽式MEFP战斗部对靶板侵彻的数值计算结果。结果表明:刻槽式MEFP侵彻过程要经过开坑、联合侵彻、贯穿3个阶段。模拟结果与实验结果基本一致。     

2 种方式装药弹丸侵彻混凝土的安全性仿真

为获得弹丸炸药装药动态响应规律,以某型号舰炮为原型,利用LS-DYNA进行原比例建模.构建圆柱形和圆台形2种装药方式的弹丸模型,对其侵彻混凝土靶板过程进行仿真,获得炸药装药应力曲线及炸药爆轰后的压力曲线.结果表明:圆柱形装药弹丸未完全穿透靶板,发生早炸;圆台形装药弹丸完全穿透靶板,未发生爆轰;圆台形装药方式可有效减小侵彻时装药与弹壳相互碰撞的机率,提高侵彻安全性.     

穿爆弹丸内装药撞击起爆实验及数值模拟

为了研究穿爆弹丸内装药的起爆机理,对穿爆弹丸的惯性点火元件进行设计,进行了弹道发射撞击起爆试验。对炸药采用SPH建模,对其他结构采用有限元网格划分,建立了穿靶过程数值模型。根据含能材料在撞击作用下的非冲击起爆判据,采用ANSYS/LS-DYNA软件对装药的惯性撞击特性进行分析,得到了钝化RDX装药的临界起爆能量范围。结果显示:弹丸以394 m/s的速度撞击7.4 mm的靶板时发生爆炸,装药起爆的临界比塑性能在1.42 GPa·μs～1.63 GPa·μs范围内; 在弹丸能够有效穿透靶板的情况下,弹丸的着靶速度越低,装药所受惯性冲击力越小,惯性作用持续时间越长,装药越容易被起爆。     

弹药侵彻混凝土的火工品环境力分析

为了研究弹药侵彻过程中的火工品受力环境,通过文献和实弹试验结果,分析了弹药侵彻单层混凝土目标时火工品承受的过载加速度值、过载持续时间和过载波形特性.37~100mm口径弹药以300~450m/s侵彻目标时,加速度峰值在15 000g~50 000g,过载持续时间集中在4~5ms.侵彻混凝土和钢筋混凝土(2%钢筋率)目标时过载特性和过载值基本相同.火工品在弹药侵彻过程中将承受交替的压缩和拉伸的应力波作用,同时也承受低频减速过载作用.     

定装式弹丸不同膛内自由行程下挤进过程的动态响应

为了研究定装式弹丸挤进过程中的动态响应,分析了不同的膛内自由行程对挤进过程、弹体-弹带区域压力和炸药响应的影响,利用Abaqus/Explicit及其幅值子程序VUAMP建立了包含弹体、弹带、炸药和引信结构的弹炮耦合有限元模型。研究结果表明:自由行程增大会加快挤进速度,导致膛压和弹丸挤进完成后速度下降; 挤进速度的加快导致弹带塑性变形增大,弹带材料破坏更严重,质量损失更多,这也减小了弹体-弹带区域的径向受力; 炸药的应力和塑性变形大小均会随着自由行程的增加而增大,影响炸药的安定性。     

常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性

为了研究常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性,采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,结合回收样品综合分析了常温和75℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75℃PBX-2炸药的受力变化。结果表明,常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9m·s~(-1);加热至75℃时,PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367m·s~(-1)。相比常温状态,当射弹撞击速度低于800m·s~(-1)时,75℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降,但射弹撞击速度高于800m·s-1时,约1.54GPa的输入压力就能使75℃PBX-2炸药产生剧烈反应。     

PBX装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟

为探究浇注型高聚物粘结炸药(PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况,将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型,拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力学响应,利用动力有限元数值软件模拟了含装药弹体侵彻混凝土靶板中炸药的力学损伤响应,分析了炸药应力波的传播、压力分布和三种损伤分布及演化。结果表明,加载初期炸药装药的头部承受较大的压缩应力,当应力波传播至尾部反射回拉伸波时,由于弹体的惯性作用,装药尾部和壳体内表面发生撞击,迅速形成高压区,压力高至0.25 GPa,因此装药头部和尾部损伤较为严重,应作为重点防护区域。     

约束混凝土靶的准静态柱形空腔膨胀理论

针对射弹侵彻约束混凝土靶问题,基于Hoek-Brown(H-B)准则,建立了径向受弹性约束的有限混凝土介质准静态柱形空腔膨胀模型,得到了各种响应模式下的扩孔压力和响应模式转换条件,分析了扩孔过程以及约束效应对扩孔压力和侵彻阻力的影响。结果表明:约束混凝土靶的扩孔压力在扩孔过程中不断变化,约束刚度对响应模式和扩孔压力有显著影响;增大约束刚度可有效提高约束混凝土靶的侵彻阻力,约束混凝土靶的侵彻阻力可比半无限靶提高50%以上。     

某大口径火炮发射弹丸启动压力研究

火炮发射时火药燃气压力将弹丸挤入炮膛,适当的挤进阻力能够减小初速或然误差、提高弹道一致性,是复杂的力学与火药燃烧耦合的过程。经典内弹道理论提出了启动压力假设,当火药燃气平均压力高于启动压力时弹丸开始运动,该假设导致启动压力物理含义不清楚、数值难以确定。本文以弹丸挤进过程和经典内弹道假设为基础,建立了弹底压力冲量与弹丸直线运动动量之间的数学关系,提出了弹底压力的冲量、截尾冲量与虚拟弹丸动量的关系。由于弹丸运动方程的积分形式更能反映出启动压力所具有的冲量物理意义,由此提出了一种确定弹丸启动压力的计算方法。以某大口径线膛火炮发射某榴弹为例,建立了弹丸挤进过程仿真模型,使用光滑粒子流体动力学法对某装药条件下弹带挤进过程进行了模拟,得到了挤进阻力和弹丸运动位移、速度等参数,采用本文提出的数值方法计算了等齐膛线和渐速膛线时弹丸启动压力。在以最大挤进阻力为特征点时,不同膛线形式对启动压力的数值有一定的影响,等齐膛线工况时的启动压力较渐速膛线时的启动压力略大。