爆炸成型弹丸成型过程中的断裂数值模拟及机理分析

为研究爆炸成型弹丸(EFP)轴向断裂机理,采用有限元分析软件LS-DYNA,引入Johnson-Cook失效模型及自适应算法,对典型EFP装药结构不同外曲率球缺形药型罩OFHC铜EFP成型过程中的断裂进行数值模拟,并通过实验进行验证。采用应力波理论分析了长杆形EFP轴向断裂机理并确定了速度梯度断裂临界值。研究结果表明:基于Johnson-Cook失效模型及自适应算法,采用LS-DYNA软件可较好地模拟EFP成型过程中的断裂现象;对于特定EFP装药结构的球缺形药型罩,存在药型罩曲率临界值使长杆形EFP发生轴向断裂;应力波理论计算所得速度临界值(60~83 m/s)与数值模拟所得EFP速度梯度断裂临界值(76 m/s)吻合较好。该研究结果对OFHC铜EFP的设计具有参考意义,理论分析方法可应用于确定长杆形EFP的速度梯度断裂临界值,并为新材料在EFP药型罩中的应用提供参考。     

四点起爆形成带尾翼EFP的试验研究

对四点起爆形成带尾翼EFP的形成机理进行了理论分析,并对四点起爆EFP战斗部方案进行了飞行姿态试验,结果表明通过四点起爆方式能形成带尾翼的EFP,且尾翼直径较明显,能起到稳定EFP飞行姿态的作用。     

贴隔板法在尾翼EFP成型中的应用研究

采用LS—DYNA对在药型罩上粘附隔板结构形成带尾翼型爆炸成型弹丸（explosively formed projeetile,EFP）进行三维数值模拟,从药型罩微元压跨速度和压力的角度初步探讨了形成尾翼型EFP的机理,对同一直径的大锥角型、球缺型和弧锥结合型药型罩形成的尾翼型EFP进行了对比分析,三种结构药型罩均能形成较为明显的尾翼,其中大锥角型药型罩得到的EFP速度最高。数值计算结果表明,EFP尾翼数与药型罩上所粘贴的隔板数一致,三种不同结构药型罩上粘贴四个隔板,得到的尾翼数均为四个。通过实验,对贴隔板法形成尾翼EFP做了进一步验证,实验结果与数值模拟结果基本一致。     

对抗主动防护系统的EFP 战斗部设计

为了确立反坦克导弹在战场上的主动地位,采用EFP战斗部对抗主动防护系统。在介绍主动防护系统基本原理的基础上,采用反应时间对比的方法对EFP战斗部对抗主动防护系统的可行性进行了分析。总结了EFP的形成机理与特点,给出了EFP战斗部的设计依据,利用几何相似律设计了串联EFP战斗部,计算出了战斗部的最近起爆距离。该研究可为EFP战斗部进一步的详细设计奠定基础。     

一种双模态EFP战斗部的数值仿真

针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA动力有限元程序,采用流固耦合方法,对在药型罩前加装一刻槽圆环形成带尾翼爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)的成型过程进行了数值模拟,结果表明,该装药结构能形成带有8个尾翼的EFP,带尾翼EFP的长径比是EFP长径比的2.75倍,其头部速度比EFP增加了15%,实现了带尾翼大长径比EFP和EFP两种模态的转换。      

形成尾翼爆炸成型弹丸的贴片方法

提出一种可形成尾翼爆炸成型弹丸的贴片方法.对典型的尾翼EFP形成技术进行总结,分析贴片方法形成尾翼EFP的原理和特点.对所设计的EFP战斗部进行成型过程、气动力系数和飞行弹道计算.结果表明,采用贴片方法可以形成尾翼EFP,其基本原理是通过使药型罩周边变形产生周期性有规律的速度差异来实现的,尾翼的数量和贴片的数量相匹配,所设计的尾翼EFP具有较高的飞行稳定性和较小的速度降.     

三点起爆同步误差对尾翼EFP成型性能的影响

针对三点起爆同步误差对尾翼爆炸成型弹丸(EFP)成型的影响问题,利用LS-DYNA有限元软件,分析了三点起爆同步误差引起的爆轰波不对称碰撞以及药型罩在复合爆轰波作用下的压垮过程,研究了三点起爆同步误差对EFP的尾翼形成及飞行速度的影响。结果表明,三点起爆同步误差造成三叉形高压区和三叉形中心超高压区偏离药型罩中心,使EFP尾翼成型不规则;三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差为100ns,且尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的水平分速度,提高飞行稳定性。     

药型罩材料影响EFP成型的数值计算研究

为了研究弧锥结合形药型罩材料对EFP成型的影响规律,运用LS-DYNA有限元软件,对紫铜、铁、铝、钨、钽5种材料的药型罩所形成的EFP进行了数值仿真研究,得出了药型罩材料的密度、伸长率对EFP速度、长径比等成型参数的影响规律.研究结果表明:随着5种材料密度的增加,EFP头部速度减少了61%;随着其伸长率的增加,EFP长径比增加了35.7%,因此需要选取适当密度与较大伸长率的药型罩材料以获得较佳的EFP成型性能.仿真结果为EFP战斗部的优化设计提供了参考依据.     

新型包覆式双材质杆状EFP成型的数值仿真研究

为提高对近距离(4~5倍装药口径)轻型装甲的毁伤,基于PELE毁伤机理设计了一种包覆式双材质药型罩。运用ANSYS/LS-DYNA软件对大锥角变壁厚药型罩形成EFP进行数值仿真,研究药型罩锥角与装药长径比以及壁厚变化率对EFP成型的影响,对比分析其成型效果以得到较理想的侵彻体装药结构。结果表明:装药长径比是影响EFP速度的主要因素,锥角是影响EFP长径比的主要因素;药型罩锥角为149°左右、壁厚变化率为10.0%左右、装药长径比为0.8时可以形成较理想的杆状EFP,此时EFP的稳定速度约为2 598 m/s。最后通过传统单材质杆状EFP和该新型双材质杆状EFP侵彻靶板仿真,得出该新型包覆式双材质杆状EFP在侵彻靶板时能够产生类似PELE的横向效应,比单材质杆状EFP对靶板后部有更好的毁伤能力。     

一种带尾翼爆炸成型弹丸的研究

利用LS-DYNA显示动力分析有限元程序,采用流固耦合方法,对带尾翼EFP的形成过程进行数值模拟。结果表明：该装药结构能形成带有8个尾翼的EFP,带尾翼EFP的长径比是EFP长径比的2.23倍,其头部速度比EFP增加了15%。