步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究

为研究步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制,采用有限元分析软件ANSYS/ LS-DYNA建立步枪弹侵彻复合靶标的数值模型。通过该模型模拟了侵彻过程中的钝性冲击现象和明胶瞬态响应,并进行了试验验证。研究结果表明：步枪弹侵彻陶瓷板过程中消耗了弹头大部分能量;明胶内瞬时空腔呈现椭球形基本形态,空腔最大凹陷深度和膨胀速度分别为25.6 mm和35.7 m/s;压力波在明胶内以球面波形式向外传播,在弹着点处峰值压力最大,且压力幅值随着传播距离的增大而不断减小;弹头速度先有一段明显的下降过程,而加速度绝对值则先增大,随后它们都逐渐衰减至0 m/s和0 m/s²;陶瓷板的破坏主要是由拉应力和压应力的反复作用造成的;数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值模拟模型的准确性。     

步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟

为研究步枪弹撞击带软硬复合防护明胶靶标的作用过程和作用机理,采用显式有限元方法对7.62 mm步枪弹侵彻复合靶标过程进行数值模拟,分析侵彻过程中的典型现象及明胶靶标动态响应。数值计算结果表明：陶瓷锥的形成是由压缩应力波和拉伸应力波共同作用的结果;弹头加速度变化存在明显的分段与拐点,侵彻陶瓷面板过程中,加速度达到最大,侵彻聚乙烯（PE）背板层时,出现第二个拐点;由于防护层存在多个界面,撞击过程中PE背板界面存在速度多峰现象：当弹头运动加速度达到最大时,PE背板界面出现第一个速度峰,明胶界面出现第一个压力峰;当弹头开始侵彻PE背板时,背板层出现第二个速度峰;在步枪弹撞击过程中明胶内压力波传递呈现球形波基本形态,压力峰值随距离增加呈指数衰减。     

步枪弹侵彻明胶靶标的数值模拟

为更好揭示步枪弹与明胶的相互作用过程及作用机理,采用显式有限元方法对侵彻过程进行了数值模拟,通过与实验数据对比验证了模型的有效性和准确性。对弹头在明胶中的受力、明胶中等效应力分布及入射攻角对明胶创伤效应的影响进行了分析。数值结果表明：在窄伤道段明胶阻力增长缓慢,随着弹头的迅速翻滚明胶阻力急剧增长,并导致弹头破碎;明胶中的最大等效应力层始终分布在瞬时空腔的内壁,随着空腔膨胀其影响区域不断扩大,并导致空腔内壁的明胶单元破坏失效;攻角的微小变化对弹头在明胶中的翻滚位置及速度衰减规律影响较大,但随着攻角的增加这种影响逐渐减弱。     

球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟

针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题,进行了实验研究.在对实验现象及结果的观察与分析的基础上,为建立合理的数值模型和验证数值方法的可行性与准确性提供了评判标准.采用Lagrange,ALE和SPH-Lagrange耦合算法分别对钢球高速侵彻明胶的动力学过程进行了模拟.从建模方法、计算效率、数值结果精度和实验现象再现程度等方面对比分析了3种数值算法之间的差异和优缺点.对比结果表明:针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题Lagrange算法的计算精度和计算效率最高;如果计算过程中的网格畸变经常造成数值求解终止等问题,则可以考虑采用ALE算法;SPH算法不适用于求解该问题.     

弹丸侵彻明胶靶标的毁伤参数获取方法

为准确获取枪弹对明胶靶标的毁伤参数,采用基于改进型自适应均值滤波、二值化轮廓跟踪法的数字图像预处理技术,实现了被侵彻明胶靶标正交图像的空腔轮廓线提取; 采用基于去除伪轮廓线、多项式拟合、切线斜率差去尖角、椭圆截面法的三维建模技术,建立了毁伤空腔模型。以高速摄影系统拍摄的弹丸侵彻明胶靶标图像为实例,对模型进行了验证,计算出了3个重要毁伤参数,即弹丸侵彻最大瞬时空腔体积、窄伤道长度、动能传递量,为枪械杀伤效能评估研究提供了一种可行方法。     

长方体破片侵彻明胶的运动模型与实验研究

为研究长方体破片侵彻明胶的运动规律,建立长方体破片侵彻明胶的接触面假设以及接触面上的压力分布假设。在此基础上根据刚体质心运动方程和欧拉运动方程,建立长方体破片的六自由度运动模型。运用龙格-库塔法求解运动方程,获得长方体破片质心位移和欧拉角随时间的变化规律。利用高速摄影获得2发长方体破片侵彻明胶的入射欧拉角、水平位移和竖直位移。根据实验数据,通过试算得到长方体破片运动模型中的动态阻力系数。计算结果表明:长方体破片水平位移和竖直位移的模型误差较小。     

球形破片对甲胄防护下复合模拟靶标的侵彻研究

通过球形破片对几种甲胄防护下复合模拟靶标的侵彻试验，研究了几种单兵防护装置的防护性能，建立了相应的毁伤计算模型，理论计算与试验结果符合较好，证明了理论模型的正确性，为破片对生物目标毁伤标准的建立进行了必要的准备工作。     

步枪弹侵彻明胶的表面受力模型

为研究步枪弹侵彻明胶的平移、翻滚规律,提出了弹头侵彻过程中的表面受力模型即迎风面上的每个微元受到动态压力和材料阻力的作用。通过对弹头表面压力的数值积分,可得到弹头所受的合力和合力矩。在此基础上利用4阶龙格-库塔法求解由刚体质心运动方程和欧拉运动方程组成的弹头运动方程,得到了弹头侵彻明胶时位移、姿态随时间的变化规律。以7.62 mm步枪弹侵彻明胶的实验对表面受力模型进行了间接验证,弹头质心位移和平面投影角度的实验数据和理论预测值误差较小,表明该模型可用于预测刚性步枪弹的表面受力,从而适用于预测弹头侵彻明胶的平移、翻滚规律。     

基于球形杀伤元运动特性的明胶靶标标定方法研究

为研究使用明胶靶标对杀伤元进行杀伤威力评估的工程方法,分析明胶靶标的材料力学性能,在实验研究的基础上,结合瞬态动力分析软件对球形杀伤元在明胶介质中的运动规律进行了分析研究。研究结果表明：在使用明胶靶标进行威力实验前,应对靶标材料特性进行标定;球形杀伤元在明胶介质中高速运动时会产生空腔现象,最大空腔直径会随着侵彻深度的增加而增大,杀伤元的速度、阻力均以指数形式衰减;杀伤元以中高速（300～1 000 m/s）侵彻明胶靶标时,可将明胶靶标简化为流体模型。通过实例分析、计算,建立了速度与位移的数学关系,确定了明胶靶标的标定方法。研究结果可为杀伤元威力评估和明胶靶标标定提供参考。     

软体防弹衣穿透概率的分析

穿透概率曲线（POP曲线）的建立为防护材料的评估提供更合理的方法,它能评估低速度的穿透概率,具有非常重要的实际意义。文中以超高分子量聚乙烯防弹衣（PE防弹衣）为研究对象,采用51式7.62mm手枪弹进行弹击测试,通过逻辑回归和线性回归两种方法建立了POP曲线,获得了PE防弹衣的v50（穿透概率为50％的速度）和v05（穿透概率为5％的速度）. 两种方法得到的v50均为592 m/s,非常接近;逻辑回归法得到v05 为538 m/s,而线性回归法则为514 m/s. 结果表明逻辑回归法更适合推算低穿透概率的速度。     

射流侵彻水夹层间隔靶的理论和实验研究

为得到聚能射流侵彻水夹层间隔靶规律,选取50 mm口径聚能装药对水夹层间隔靶(2 mm×4 mm钢靶板+100 mm水夹层)的侵彻过程进行了理论和实验研究。结合准定常侵彻理论和数学归纳法建立了射流侵彻水夹层间隔靶理论模型,得到了射流头部速度与侵彻距离之间的关系。为验证理论模型,用脉冲X光和计时仪获得了多个侵彻阶段的射流头部速度。通过模型分析了水夹层间隔靶结构对射流剩余头部速度的影响。结果表明:建立的理论模型正确,由其得到的射流穿过水夹层间隔靶后的剩余头部速度理论值与实验值平均误差为4.6%;当靶板厚度小于20 mm,且水夹层间隔小于150 mm时,水夹层间隔靶对射流头部速度的衰减效率较高。