爆炸加载条件下高密度钨合金破碎性的实验研究

研究了 98W -Ni-Fe和 97W -Ni-Cu在爆炸加载条件下的破碎性。用高密度钨合金在装填TNT和RDX两种炸药时均碎成较均匀破片 ,破片质量分布在 0 .1～ 1.0 g之间。W -Ni-Fe的回收率比W -Ni-Cu的高 ,在爆速较低的炸药中的回收率较高。断口分析表明 ,97W -Ni-Cu破片的断裂模式是以钨 -粘接相界面分开和粘接相的韧性撕裂为主 ,98W -Ni-Fe破片的断裂以钨颗粒穿晶断裂为主。     

93W和98W钨合金静爆条件下的破碎特性

烧结态93W、98W钨合金复合模拟弹,在爆炸洞中静爆,分别进行破片回收和穿靶试验,分析破片分布特征和穿靶效应.结果表明,93W的破片质量在0.1～3.0g之间,破片大小不均,回收率较高.而98W破片集中分布在0.1～0.5g之间,98%破片形状都近似等轴状,回收率较低.93W、98W合金复合模拟弹穿靶结果相近,对于2mm普通钢板靶,最小穿靶破片质量在0.1g左右.93W破片断口以沿晶断裂为主;98W破片断口则是沿晶和穿晶的混合断裂.     

高能束控制破碎钨合金壳体破碎效果研究

采用高能束控制破碎技术对93W材料、复合钨合金壳体进行破片预制,通过静爆沙箱回收试验对破片进行回收分析。结果显示:不同C/M比、不同壳体壁厚高能束控制破片均能按预想方式达到破片断裂目的,破片控制率达到95%以上。设计时要根据不同C/M比、不同壳体壁厚有效调整高能束控制破碎参量,使之达到较好的控制效果。     

闪光爆震弹预控破片设计与飞散特性研究

为提高闪光爆震弹使用中的安全性,解决爆炸破片质量大、形状不规则和边缘锋利等问题。从破片形状、刻槽位置、V-型刻槽深度和宽度、破片数量、破片质量5个方面对闪光爆震弹进行了弹体破片控制设计,建立了破片的分散运动模型,通过了Matlab软件分析了预控破片的飞散特性。结果表明,破片飞散角在30~60°时杀伤性较强,预控破片结构能够实现对爆炸破片的有效控制,是实现非致命效应的重要途径。     

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.     

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用.结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻.用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考.     

钨合金性能对爆炸加载下断裂模式的影响

研究钨合金动态抗拉和抗剪强度对爆炸加载下破片宏观断裂模式的影响。结果表明：运用断裂力学应力状态理论,分析应力状态与材料性能综合作用对钨合金爆炸加载形成的破片宏观断裂模式影响,分析结果与实验结果相符;用动态拉剪强度比以表征钨合金材料的脆性,在实验条件下,随着材料”值的减小,材料的脆性增加,破片正断比例线性递增。     

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.     

基于半边数据结构的虚拟弹体爆炸过程的模型研究

虚拟弹体爆炸过程中破片的生成以及其运动是模拟爆炸真实性和杀伤力的关键。其中，破片的生成是虚拟弹体爆炸的难点。虚拟弹体爆炸的传统方法是以粒子系统为基础，采用纹理粘贴的方法，但没有考虑到实际爆炸过程中破片生成及其运动的力学原理和相关特征。本文首先提出了一个适合于虚拟弹体爆炸的具有运动特征的随机半边数据结构。其次，在爆炸力学的基础上，根据爆炸的相关特征构造出虚拟弹体爆炸过程中三个阶段的模型：膨胀模型、破裂模型及破片运动模型。本文利用这三个模型给出了虚拟弹体整个爆炸过程的具体算法。     

钨合金破片高速侵彻铝合金靶板实验研究

利用二级轻气炮驱动不同钨含量的正方体钨合金破片到速度为2.2 km/s,高速侵彻铝合金叠层结构靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到钨合金破片侵彻性能的差异。实验表明:在相同条件下,锻造态的97钨合金侵彻能力最强,真空态97钨合金和95钨合金与93钨合金相比,侵彻性能没有明显的优势;锻造态97钨合金侵彻机理与其他几种钨合金有所不同,其在侵彻过程中发生了绝热剪切破坏,表现为一定的自锐性。     

钨合金圆筒爆破试验破片分布的统计分析

采用圆筒爆破试验方法研究了易碎型钨合金的破片分布特征,并与93W合金的结果进行了对比.对破片的数量和质量分布特征进行了统计分析,发现易碎型钨合金的破片率明显高于93W合金,而且破片的均匀性也明显好于93W合金,但易碎钨合金的破片回收率低于93W合金,而且受装药量的影响较大.     

EFP/预制破片复合战斗部结构设计与分析

为增大毁伤面积并提高侵彻能力,设计不同结构的爆炸成型弹丸(explosively formed penetrator,EFP)/预 制破片复合战斗部,综合挡环结构及预制破片钨球的排布方式,得到4 种方案。应用ANSYS/LS-DYNA 对战斗部 成型过程进行数值模拟,通过不同战斗部结构方案分析,研究挡环结构及预控破片排布方式对毁伤元成型过程和毁 伤效果的影响。结果表明：当挡环顶部与药型罩底部处于同一平面时,形成的EFP 速度更高、长径比更大、长度更 长,且内圈钨球的轴向速度更高;采用内圈钨球26 枚、外圈钨球32 枚的钨球排布方式的战斗部,其内、外圈钨球 发散角更大,能形成具有良好侵彻能力且密度均匀的破片场,仿真与实验结果一致。     

杀伤爆破弹弹体异常淬火时弹底大破片形成机理

以某杀伤爆破弹爆炸产生回飞弹底大破片事故为背景,开展弹底大破片产生原因和相关故障分析。利用金相显微镜观察、比较实际回收的弹底大破片和正常弹体的微观组织,测试获得材料性能参数。据此,采用AUTODYN-3D软件数值模拟不同拉伸破坏极限下异常淬火弹体内爆驱动弹底膨胀、断裂过程,得到弹底断裂状态、速度分布及裂纹衍生等。通过异常淬火弹体进行静爆试验,复现了故障状态。结果表明：异常淬火弹体与弹底大破片的微观组织均会出现大量回火索氏体与上贝氏体混合组织,提高了材料塑性和屈服强度;随着弹体拉伸破坏主应力提高,爆炸加载后的弹底由完全断裂形成的数块破片,逐渐过渡为带裂纹、层裂破坏区的弹底大破片,且数值模拟结果与实际回收的弹底大破片形貌、尺寸吻合较好;发生在弹底的断裂模式包括轴向“崩落”、外侧层裂以及径向裂纹的衍生与扩展;异常的淬火过程改变了弹体材料性能,将导致内爆加载下弹底大破片的产生,进而造成回飞事故。     

钨丝/非晶复合材料的冲击性能研究

对钨丝增强锆基非晶复合材料在不同温度下的冲击性能进行试验,研究钨丝非晶复合材料的断裂方式,与钨合金比较两者不同的断口形貌。结果表明,钨丝/非晶复合材料冲击韧性低于钨合金,但其受低温影响较小,在-40℃下的冲击功和常温相比基本不变。冲击断口主要有钨丝和非晶基体的剥离,非晶基体的断裂,钨丝的断裂(其中钨丝在横向断裂时有时伴有纵向裂纹)3种断裂方式。     

偏心起爆定向战斗部威力研究

为研究偏心起爆定向战斗部毁伤威力,推导了偏心起爆点对侧延长线附近有限角度内应用的偏心起爆破片初速公式,并设计钨柱和钨球两种预制破片偏心起爆定向战斗部进行了试验验证。结果表明,所推导公式可用于偏心起爆定向战斗部计算。设计的偏心起爆战斗部的速度增益,钨柱破片为10.9%,钨球破片为19.8%。钨球破片初速、破片球面分布密度、毁伤概率均高于钨柱破片。     

聚焦式钨球定向战斗部设计仿真研究

为提高反卫星武器的毁伤能力,提出聚焦式钨球定向战斗部的设计方案。结合理论分析、数值模拟方 法,分析单层、双层、三层钨球定向式杀伤战斗部的作用机理,利用Matlab 软件对模拟结果进行分析并计算破片群 在100 m 处的分布形状、密度和分布空间;通过计算钨球毁伤概率,综合分析得出双层排列定向战斗部毁伤效果最 佳。结果表明,该方案对空间武器战斗部设计有一定指导意义。