模拟破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合作用的等效试验方法

破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合毁伤作用下目标结构的毁伤特性、防护效能等是当前防护领域的热点和难点,但目前的试验研究手段和方法存在不足,为此,提出采用等效缩比战斗部(其原理为炸药爆炸驱动预制破片分散)来模拟破片杀伤战斗部,可作为进行空爆冲击波与高速破片群对防护结构的联合毁伤作用的实验方法。在确定防御目标战斗部、防御目标弹丸和几何缩尺比的基础上,根据爆炸力学相关经验公式,提出了求解等效缩比战斗部的装药和预制破片的相关参数的等效计算方法。该等效试验方法考虑了多破片侵彻的增强效应以及与爆炸冲击波的联合毁伤增强效应,且等效计算方法参数较少、简单实用。     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

轴向驱动反应破片的作用过程?

为提高舰炮末端硬拦截反舰导弹的能力,提高对目标的毁伤效能,设计了一种轴向驱动反应破片战斗部。应用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对破片战斗部进行了数值模拟分析,数值模拟结果表明:采用PTFE(聚四氟乙烯)作为内衬可以有效提高破片的完整性和抛撒速度。通过试验对设计的战斗部进行了毁伤效能验证,试验结果表明:反应破片在侵彻靶板后,具有爆燃等二次毁伤效应,造成的损伤效果优于传统型利用动能打击目标的惰性破片,可使舰船硬拦截反导效能显著提高。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为：抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究EI北大核心CSCD

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为:抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

抗破片侵彻钢/芳纶纤维叠层复合结构优化设计方法

针对抗破片侵彻用新型钢/芳纶纤维叠层复合结构优化设计,基于4 mm钢板+12 mm芳纶纤维叠层复合结构、5 mm钢板+10 mm芳纶纤维叠层复合结构抗7.5 g FSP型破片弹道极限速度试验分析,进行了同工况下破片侵彻叠层复合结构的数值仿真计算;在验证数值仿真模型基础上,开展了7.5 g与10.0 g破片对4 mm、5 mm钢板叠加6~16mm芳纶纤维板组合成复合结构侵彻数值仿真,获得了相应的弹道极限速度;根据试验现象和数值仿真结果进行了钢/芳纶纤维叠层复合结构抗破片侵彻机理分析;根据此类复合结构的防护特点,以结构最小面密度为目标函数,建立了适用一定破片质量和撞击速度范围的结构参数优化设计模型;采用所提方法进行了抗撞击速度为1100 m/s的10.0 g破片侵彻的钢/芳纶纤维复合结构实例设计,通过试验验证了优化设计方法的合理性和实用性。     

战斗部外爆对舰船毁伤快速评估算法

为对舰船在战斗部外爆时破片和冲击波的毁伤进行快速评估,建立快速仿真算法。通过分析目标各部件和战斗部起爆点的相对位置关系,结合经验公式,计算舰船在战斗部外爆加载时的超压分布。模拟仿真战斗部外爆时的破片场,使用射击线方法,计算破片对舰船的侵彻毁伤。使用C++和glut库,实现仿真场景的三维漫游,给出有关的毁伤图像。     

球形破片侵彻明胶的瞬时空腔简化模型

对破片侵彻明胶形成的瞬时空腔现象进行了研究,基于LS-DYNA软件建立了球形破片侵彻明胶的二维轴对称模型,结合相关试验结果验证了仿真结果的正确性,进而对不同破片直径和着靶速度侵彻有限厚明胶靶后的速度衰减和瞬时空腔尺寸的规律作了分析和讨论。利用遗传算法对不同工况的仿真数据进行拟合,得到了计算瞬时空腔的简化数学模型,通过与更多仿真结果的比对,验证了模型的有效性。该简化模型可用于快速计算球形破片侵彻生物靶标造成的损伤区域,对提高人员目标毁伤评估和易损性分析的效率有实际意义。     

爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片对固支方板的复合作用特性,设计端部预制破片的TNT近爆试验。分析了大尺度薄板在不同载荷情况作用下的毁伤形貌,根据试验结果提出了结合载荷强度和作用时间来判定是否发生复合作用的判据。结果表明:在近距离爆炸时,平板在载荷复合作用下整体发生大挠曲变形,局部受高速破群作用发生密集的侵彻穿孔,两种载荷具有很强的复合毁伤能力;当距离增大后冲击波的毁伤能力极大减弱,达到一定范围距离后,破片成为防护结构的主要设计载荷,可以忽略复合作用;通过判据可以比较合理地判断出结构在某一爆距下,冲击波和高速破片两种载荷是否发生复合作用,并可以计算需要考虑复合作用的区间。     

Kevlar-129纤维复合材料抗侵彻性能数值模拟

采用AUTODYN有限元软件,数值模拟了不同初速度下FSP破片对10 mm厚Kevlar-129纤维复合靶板的侵彻过程,获取了不同初速度下破片侵彻靶板后的剩余速度,计算了芳纶复合靶板的弹道极限,并将该值与弹道测试试验数据进行了对比.此外,研究了破片侵彻纤维复合靶板深度与破片初速度的关系.结果显示,Kevlar-129纤维复合材料弹道极限的数值模拟值与弹道实验测试值相吻合;破片初速度小于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而减小;破片初速度大于320m/s时,破片剩余速度随着破片初速度的增加而增大;破片初速度小于靶板的弹道极限时,破片侵彻靶板的深度随着破片初速度的增长呈二次函数增长.     

侵爆作用下混凝土靶破坏效应试验与数值模拟

基于混凝土靶体的中低速侵彻后浅埋爆炸试验,开展装药长径比为5的混凝土预留孔爆炸、侵彻后裸装药爆炸及侵彻后带壳装药爆炸数值模拟研究.对比数值模拟与试验结果,验证了数值模拟模型及参数设置的合理性.结合数值模拟结果及量纲分析方法,确定了影响侵彻后带壳装药爆炸毁伤效果的主要影响因素.对比预留孔爆炸及侵彻后爆炸毁伤效果,分析了侵...     

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。     

钨、铀合金破片侵彻性能对比数值研究

为研究不同形状钨破片和铀破片的侵彻性能的优劣,在有关试验的基础上通过AUTODYN软件开展了3组Ф7mm钨球侵彻Q235钢板的验证性仿真模拟,模拟结果与实验结果均吻合,由此验证了仿真方法和相关参数的正确性;分别开展了3种不同形状钨、铀合金破片在不同着靶姿态下侵彻10mm厚Q235钢靶的数值仿真.结果表明:在形状和初速均相同的条件下无论以何种姿态着靶,铀破片的侵彻能力都要强于钨破片;无论钨破片还是铀破片,棱角着靶姿态和棱边着靶姿态的立方体破片侵彻能力最佳,圆柱形水平姿态和面着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差.     

聚能装药侵彻靶后破片的空间分布特征

准确掌握靶后破片的空间分布规律是有效开展聚能装药对装甲目标内部环境毁伤效应评估的先决条件。通过试验和有限元仿真对典型聚能装药侵彻不同倾角靶板产生靶后破片过程进行了研究,结果表明:射流穿透靶板瞬间,大量碎片在靶后形成"椭圆体"破片云,随着靶板倾角增大,靶后破片云朝着靶后法线一侧偏转,其水平截面(与射流轴线垂直的截面)由圆形逐渐变为椭圆,但靶后破片间最大飞行夹角始终保持在90°左右。     

聚能装药侵彻靶后破片的空间分布特征

准确掌握靶后破片的空间分布规律是有效开展聚能装药对装甲目标内部环境毁伤效应评估的先决条件。通过试验和有限元仿真对典型聚能装药侵彻不同倾角靶板产生靶后破片过程进行了研究,结果表明:射流穿透靶板瞬间,大量碎片在靶后形成"椭圆体"破片云,随着靶板倾角增大,靶后破片云朝着靶后法线一侧偏转,其水平截面(与射流轴线垂直的截面)由圆形逐渐变为椭圆,但靶后破片间最大飞行夹角始终保持在90°左右。     

碳纤维复合结构的抗侵彻性能分析

为了深入研究碳纤维复合材料新型结构的抗侵彻特性,该文通过构建碳纤维复合结构侵彻模型解析碳纤维的抗侵彻特性和毁伤机制,并通过搭建高速运动分析系统总成对碳纤维模型进行验证。研究结果表明,有限元模拟与试验输出的剩余速度偏差不超过4.5%,模拟后得到的破坏状貌与试验结果比较吻合,因此可以用来构建碳纤维复合结构的有限元模型。弹丸以250 m/s速度侵彻,无法击穿靶板,但是靶板的最内层会产生拉伸损伤。铝合金抗冲击效能不高,聚氨酯泡沫对弹丸动能的损耗较小,而碳纤维材料铺层结构抗侵彻能力较强。     

基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构研究进展

军用地面装备的方舱化已成为当代不可逆转的发展趋势,但由于结构特点的限制,军用方舱的防护能力较弱。为了提高方舱在现代战争中的生存能力,基于弹丸爆炸毁伤效应的复合材料与结构的研究受到世界各军事强国的高度重视,得到了全面发展。弹丸爆炸的毁伤效应主要包括高速破片的侵彻效应与冲击波的破坏效应,文章回顾了军用方舱的发展历程,从防破片侵彻、防冲击波破坏以及防复合破坏效应等方面详细综述了复合材料与结构的研究进展和应用现状。     

温压弹药综合毁伤效果评估模型研究

为了评估温压弹对爆炸场内目标的综合毁伤效果,通过对冲击波、热辐射、破片及窒息等单项毁伤效应的分析,建立了温压弹综合毁伤效果评估模型,并将毁伤效应转化为经济损失。以70 kg量级的温压弹为例,分析了综合毁伤效果评估模型的应用。结果表明:破片毁伤是温压弹战斗部爆炸毁伤区域内最严重的毁伤方式,其次是冲击波毁伤和热辐射毁伤;在已知爆炸作用范围内的人员密度、建筑物和设备资产密度的前提下,可根据建立的毁伤评估模型获得目标被毁伤的总经济损失。     

SiCP/Al功能梯度装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用粉末冶金方法制备碳化硅陶瓷颗粒(SiC_P)增强金属铝基复合材料板(MMCs), 并采用热压扩散法制备功能梯度装甲板(FGM)。利用高速冲击空气炮系统, 对纯铝靶板和两种不同铺层结构的功能梯度装甲靶板进行侵彻试验, 并利用LS-DYNA软件对侵彻试验过程进行数值模拟分析, 同时考察等厚、 等面密度下SiC颗粒分布对抗侵彻性能的影响。研究结果表明, 功能梯度板的抗侵彻性能比纯铝板好, 而两种不同铺层结构功能梯度板的抗侵彻性能相差不大。数值计算结果与现有试验结果取得了较好的一致, 说明了数值模拟的有效性。从数值计算结果可以看出, 层状功能梯度板比等厚、 等面密度均质复合材料靶板的抗侵彻能力好, 并可近似地认为等厚、 等面密度下多层功能梯度板的抗侵彻性能对颗粒分布不敏感。