空心弹体侵彻金属靶板的数值模拟和实验研究

采用动力有限元方法和弹道枪加载实验技术进行了两种材料 (35CrMnSi和贝氏体钢 )的空心弹体垂直侵彻A3金属靶板的对比研究 ,分析了弹、靶材料典型的宏观变形破坏过程和微观组织结构。实验结果表明 ,当撞击速度较低时 ,弹体头部发生镦粗变形 ;当撞击速度较高时 (80 4m/s、798m/s) ,两种材料的弹体头部则均有质量侵蚀现象 ,35CrMnSi侵蚀略少于贝氏体钢 ,弹体头部均有绝热剪切带出现 ;贝氏体钢可成为一种新型穿甲弹弹体材料     

贝氏体钢和35CrMnSi空心弹体侵彻金属靶板的比较研究

本文对贝氏体钢和35CrMnSi弹体以不同速度侵彻金属靶板的结果进行了宏观和细观对比实验研究，以揭示弹体的变形、质量侵蚀和微观组织的联系，尤其是与绝热剪切带之间的关系。研究发现，弹体头部均发生不同程度的镦粗变形或质量侵蚀，并有绝热剪切现象，剪切带的形貌和分布在很大程度上决定了弹体的宏观变形和破坏。贝钢的剪切转变带中较多微孔洞，其断口为平坦脆性断口；35CrMnSi的剪切带中较多微裂纹，断口平坦面比贝钢小，并有撕裂现象。剪切转变带的显微硬度均高于基体组织。两种材料的弹体经较低速度侵彻后，亦可观察到少量的形变带和转变带。本文的研究为贝氏体钢在穿甲弹体上的应用提供了理论与实验数据。     

截锥形空心弹体侵彻薄靶板的数值模拟

运用非线性动力学有限元软件LS-DYNA,开展了截锥形弹体在速度为0．6～2．3Ma范围的正穿甲和45°斜穿甲的数值模拟。靶板在弹体正撞击和低斜角撞击时,在各种速度下均为向前的花瓣型破坏。在高斜角低速撞击时,靶板出现向前的花瓣失效;在高斜角高速撞击时,靶板的花瓣部分向前,部分向后．其近着靶方向的花瓣向前,而远着靶方向的花瓣向后翻转。在不同速度下弹体斜侵彻靶板时,在较低速度下弹体在侵彻后其轴线与靶板的夹角增大,而在高速时其夹角减小。     

舰炮半穿甲模拟弹对金属靶板斜侵彻研究

舰炮作为打击海上、空中和岸上目标的主要武器之一,半穿甲弹的侵彻能力是评价其弹药毁伤能力的重要一环,而开展实船射击实验成本高、机会少。为研究舰炮半穿甲弹倾斜侵彻金属靶板的侵彻能力,参考美军MK-45舰炮使用的奥托·梅莱拉127 mm弹药设计半穿甲模拟弹,采用实验、数值仿真与经验公式相结合的方法分析靶板破环模式、破口尺寸。实验结果表明,在45°和60°两种靶板倾角、385 m/s和500 m/s两种着靶速度情况下,半穿甲模拟弹对12 mm厚E36钢板具有足够的侵彻能力,模拟弹对靶板侵彻的破坏形式为冲塞破坏,破口尺寸平均为弹直径的1.25倍。仿真结果表明：剩余速度、破口形状与实验结果吻合;Thor公式的计算结果与实验结果较为接近,经过参数优化后实验、经验公式与仿真得到的剩余速度误差不超过10%。     

多角度高速侵彻金属靶的有限元模拟和实验研究

为研究轻装甲车辆对高速弹丸的侵彻性能,建立尖头弹多角度高速撞击金属靶板的侵彻有限元模型,对弹靶侵彻过程和靶板破坏形式进行分析计算,搭建高速运动分析实验系统,对弹靶侵彻模型进行验证。研究表明:模型结果与实验数据二者吻合较好;有限元模型和实验输出的剩余速度误差不大于5%,模拟的破坏形貌与实验结果较吻合;在一定入射角范围内,弹丸入射角度越大,厚度越大,靶板吸收能量越多。     

截锥形弹体侵彻薄靶板实验研究

运用25mm口径火炮,开展了截锥形弹体撞击薄靶板的正穿甲和45°斜穿甲实验.在不同撞击速度下的正侵彻时,靶板表现出相似的变形破坏特征,而在45°斜穿甲时,高速与低速时分别表现出不同的失效模式,弹体也表现出不同的运动特征.     

高速弹体斜侵彻混凝土靶的效率分析

为研究弹体斜侵彻混凝土的效率,通过试验计算得到最大侵彻效率对应的特征速度,并得到弹体速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布,侵彻效率随速度的提高先增大后减少。通过仿真计算得到弹体材料强度、头部形状、长径比和混凝土强度对斜侵彻效率的影响较大。     

动能弹垂直侵彻混凝土靶板的三维数值模拟研究

利用LS—DYNA程序对动能弹垂直侵彻混凝土靶板的过程进行了三维数值模拟。根据模拟结果。分析了侵彻过程各个阶段的物理现象和弹靶作用特征；绘制了不同侵彻初速对侵彻结果的影响曲线，获得了弹体初速对混凝土侵彻的影响规律．可以为混凝土的侵彻研究提供参考依据。计算表明，三维数值模拟方法能够形象显示动能弹垂直侵彻混凝土靶板的细节和初速对侵彻结果的影响情况。     

弹丸侵彻双层不同材质靶板的数值模拟

为加强装甲目标的防护能力及提高靶板的抗侵彻性能,对弹丸侵彻双层不同材质靶板进行数值模拟。建 立弹丸侵彻靶板的几何和仿真模型,采用ANSYS/LS-DYNA 软件,比较了3 种不同材料靶板的抗侵彻能力,对不 同材质的双层有、无间隔靶板组合的抗侵彻性能进行数值模拟,并对比了靶板排列顺序不同对靶板组合抗侵彻性能 的影响。模拟结果表明：双层不同材质的靶板组合的抗侵彻能力与两层靶板的材质和排列方式有关,双层间隔靶板 组合比双层无间隔靶板组合的抗侵彻性能更好。     

伸出式侵彻体垂直侵彻半无限靶数值模拟

对伸出式侵彻体垂直侵彻半无限靶板的物理过程进行了描述,分析了侵彻过程中一些重要参量的变化规律,并对此过程进行了三维数值模拟,模拟结果与试验结果有较好的一致性;与具有相同质量相同外径的基准杆进行了比较,结果表明,在火炮速度范围内,伸出式侵彻体相对基准杆有较大的穿深增益,而且这种穿深增益随着撞击速度的增加而逐渐增加.     

刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。     

钨球侵彻薄靶板的实验研究

通过钨球对薄装甲钢板垂直侵彻试验，发现在极限穿透条件下靶板的破坏模式为开坑和冲塞，且钨球变形程度较大。运用能量守恒原理，建立了极限穿透速度与钨球变形关系式，对钨球在侵彻过程中作刚性假设引起的极限穿透速度计算误差进行了估算，并对侵彻过程中开坑耗能与冲塞耗能也进行了估算。结果表明，开坑耗能与冲塞耗能比值并非常量，而随靶板相对厚度变化。     

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.     

金属射流侵彻水介质间隔靶数值模拟

为解决大厚度均质靶存在的不足,对金属射流侵彻水介质间隔等效靶进行研究。应用AUTODYN 有限元 软件对金属射流侵彻水介质间隔靶过程进行数值仿真,建立射流侵彻的空气模型、水模型、间隔靶模型与金属射流 相互作用的过程,研究侵彻水介质间隔靶时金属射流射流速度的衰减规律,并与空气介质间隔靶进行对比。结果表 明：水介质间隔等效靶对金属射流衰减效果较好,可为设计水介质等效靶提供依据。     

不同材质靶板抗破片侵彻等效关系实验研究

文中在试验建立钨球对2π装甲钢板和LY12CZ铝合金板的极限穿透速度公式的基础上，通过量纲分析、依据极限穿透速度相等的原则建立了不同材质靶板抗破片侵彻的厚度等效关系，与实验结果符合得较好。     

聚能射流对间隔靶板的侵彻深度模型及数值模拟研究

建立聚能装药射流垂直/斜侵彻间隔靶板的深度公式,完善聚能射流对间隔靶板的侵彻深度模型。并对其侵彻间隔钢靶板过程进行数值模拟,分析聚能射流和间隔钢靶板的形貌,说明间隔钢靶板法线与聚能射流夹角对射流干扰影响的基本规律,即夹角越大干扰效果越明显。当间隔钢靶板法线与聚能射流夹角为0°和60°时,聚能射流侵彻深度的理论和数值模拟结果基本一致,说明聚能射流侵彻间隔靶板的深度模型基本正确。     

钻地弹侵彻高强度混凝土靶的数值模拟

采用三维数值计算程序模拟了全尺寸钻地弹对半无限厚高强度混凝土靶板的垂直侵彻过程。根据计算结果,分析了弹一靶的动态响应特性,研究了战斗部着速对侵彻深度的影响,并分析了侵彻过程中战斗部装药的过载变化规律,得出了具有一定应用价值的结论。     

弹体高速侵彻半无限钢靶的研究

针对目前超出常规火炮炮口初速范围的弹丸侵彻规律研究匮乏的问题,提出一种弹体高速侵彻半无限钢靶的研究方法。在常规火炮速度范围的基础上,以高速发射平台为运用背景,拓宽了初速范围。利用 Autodyn 软件的Lagrange算法对不同长径比的钨合金弹体在1.0～2.5 km/s内侵彻38CrMoAl半无限钢靶进行数值仿真研究。根据数值仿真结果,对弹丸的侵彻规律进行分析研究。仿真结果表明：侵彻初速增大后,弹丸侵彻深度与相对穿深非线性增长;高速弹丸总侵彻时间较低速时更短,侵彻过程更迅速。     

预扭钨弹侵彻厚钢靶的三维数值模拟

对预扭转与未扭转钨弹侵彻厚钢靶进行了三维数值模拟。预扭转钨弹由于其长杆的加工硬化效应，具有外硬内软、外脆内韧的特性。对数值模拟结果的分析表明，预扭转钨弹由于其长杆的自锐现象使其穿甲威力高于未扭转钨弹。     

杆式动能体侵彻多层靶板数值仿真

为研究高速杆式动能体对多层靶板的侵彻毁伤过程,运用ABAQUS软件对杆式动能体侵彻多层靶板过程进行数值模拟,仿真得到不同初速的杆式动能体侵彻多层靶板历程、杆式动能体在侵彻过程的破损情况以及剩余速度。结果表明:动能体的磨损导致动能体速度降低程度先小后大,且初速高的动能体穿透相同的多层靶板后侵蚀现象更加严重,这将降低动能体的侵彻后效。