侧向环形聚能切割器射流成型特性研究

为获得侧向环形聚能切割器射流成型的特点和规律,运用LS-DYNA有限元软件模拟大口径侧向环形切割器两点对称起爆射流成型过程,借助综合性仿真平台Altair Hyper Works,揭示侧向环形射流3个方向速度和形态随切割器圆心角θ的变化规律。结果表明:侧向环形切割器内外侧微元质量不对称性和爆轰时间不同步性是环形射流偏斜和形态不稳定的主要原因;射流轴向速度、径向速度、切向速度随圆心角θ的变化呈不同的规律;随θ增大,射流扭曲变形越来越严重。将电脑仿真技术应用到模拟环形射流成型的高速复杂过程中,研究结果为环形切割器的优化设计提供重要依据。     

药型罩和药柱不对称对线型聚能射流侵彻性能的影响

针对线型聚能装药制造过程中常见的药型罩和药柱不同轴情况,采用侵彻试验,结合有限元软件对非对称线型聚能装药射流的形成和侵彻进行了三维数值模拟。研究结果显示对于此结构和尺寸的线型聚能装药,当药型罩轴线与装药轴线偏移距离为1mm时,侵彻宽度增加了12%,侵彻深度相比对称情况降低了约58%。当药型罩与聚能装药的偏离距离为1mm,且同时存在5°的夹角时,射流侵彻形成三个主体切槽,开坑宽度为17.4mm,侵彻深度比对称情况降低了74%。随着药型罩和装药不对称程度的增加,射流在靶板上的侵彻宽度以及侵彻中心偏移装药轴线的距离增加,穿深降低。     

串联药型罩中心圆柱高度对射流的影响

为了进一步提高药型罩有效射流量以及对钢靶的侵彻深度,设计了五种不同中心圆柱高度的串联药型罩,并利用有限元软件LS-DYNA对不同中心圆柱高度的串联药型罩装药结构射流的成形以及对钢靶的侵彻过程进行了数值模拟研究,然后配以相应的炸药装药进行试验研究。对研究结果进行了简要的比较分析,结果表明,合适的中心圆柱高度要比太高或者太低的中心圆柱高度的装药结构形成的射流头部速度更高,侵彻钢靶更深,且数值模拟与试验研究所得结论基本吻合。     

一种M型药型罩形成环形射流的数值模拟研究

对串联战斗部前级聚能装药开孔不大的问题开展了研究,提出了一种M型药型罩,通过分析该药型罩结构设计的原理,运用ANSYS／LS-DYNA仿真软件对该药型罩形成环形聚能射流进行了数值模拟研究。结果表明：M型药型罩能够形成直径较大的环形射流,射流持续稳定;军用领域,能够用作串联战斗部的前级药型罩,对靶板切割成一定孔深且孔径大的环形孔,方便后级随进战斗部对靶板形成充塞破坏;民用领域,可以对一定厚度的靶板进行快速打孔。     

结构参数对钛合金药型罩射流形成影响的研究

为研究药型罩结构参数对钛合金射流成型的影响,利用Autodyn-2D动力学软件对TC4钛合金锥形药型罩的成型过程进行数值模拟,分析药型罩椎角、长径比、壁厚、起爆方式对钛合金杆式射流成型的影响规律。研究表明:当药型罩锥角为70°,长径比为1.2,壁厚为3.6~4.0 mm,起爆方式为点起爆和半径较小的环形起爆时形成的射流成型较好,能兼顾侵彻孔径和孔深的要求。     

药型罩锥角对聚能射流影响的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,对不同锥角的药型罩形成射流过程分别进行了数值模拟和对比分析.结果表明D锥角药型罩产生的射流短而粗,射流延展性差;B锥角药型罩产生的射流细而长,射流延展性好;此结论与文献[9]得到的结论相吻合,验证了该数值仿真模型的正确性,为新型锥形装药产品的开发提供了一种高效的设计方法.     

F装药双层药型罩射流性能的数值研究

为了研究F装药双层药型罩射流的形成过程,应用LS-DYNA软件对F装药条件下的双层药型罩射流进行了数值模拟,探讨了不同外罩材料和不同内外罩间距对双层药型罩射流特性参数的影响。结果表明:F装药条件下,双层罩外罩材料及罩间距对射流的特性有不同程度的影响,合理调整外罩材料与罩间距有助于改善射流性能。     

新型复合药型罩结构参数对射流侵彻的影响

为了提高射流的穿孔直径,提出了包含球缺体和截锥体的复合药型罩,通过试验和数值仿真对该复合药型罩进行了研究。利用数值仿真的方法,通过三因素三水平正交设计试验,研究了球缺体外圆母线半径、装药长径比、炸高和壳体对侵彻深度的影响,并进行了线性回归分析。结果表明:数值仿真与试验具有较好的相符性,随着球缺体外圆母线半径的增大,侵彻深度减小; 装药长径比从0.8增加到1.2,侵彻深度变化不明显; 随着炸高的增加,侵彻深度增大; 增加壳体可使入孔直径增大100%以上,侵彻深度下降小于等于20.29%; 球缺体母线半径和壳体厚度是新型复合药型罩中影响侵彻深度的主要结构参数。     

环形切割器药型罩方案优化设计

在反舰导弹串联战斗部前级环形切割器的设计中优选药型罩材料。通过数值模拟,对铜、钨、铁三种单质药型罩,以及一定比例的两种铜钨复合药型罩的切割效果进行分析。结果表明,五种药型罩方案均能贯穿100mm靶板。铁药型罩和铜含量较少的复合药型罩在靶板底部形成射流堆积巢,钨药型罩和铜含量较多的复合药型罩贯穿后剩余速度较低,切割时间较长。最终确定以铜作为环形切割器的药型罩材料。该结论有助于新型串联战斗部的优化设计。     

铜基非晶合金双层药型罩射流形成及侵彻性能

为了研究Cu基非晶合金Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈双层聚能药型罩的射流成型和侵彻能力,以等壁厚的单层铜药型罩和Cu-BMGs药型罩作为对比,分别选用铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al材料作为外罩,Cu基非晶合金作为内罩,利用AUTODYN软件建立二维有限元模型,模拟了Cu基非晶合金双层聚能药型罩的射流成型、拉伸及侵彻过程,对比分析了各组药型罩射流的成型特点、稳定性和侵彻性能。通过仿真得到4种双层聚能药型罩射流成型后射流头部速度介于Cu-BMGs药型罩和铜药型罩之间,其中聚乙烯为外罩时,射流头部速度最高,侵彻深度最大,但射流稳定性最差;铝为外罩时,射流长度最长,射流稳定性最好;PTFE/Al为外罩时,开孔直径最大,但侵彻深度最小,与Cu-BMGs药型罩的相当。铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al为外罩时,Cu基非晶合金双层药型罩的射流对纯铁靶侵彻深度分别为104、103、111、91.5 mm,开孔直径分别为12.5、20、18.8、45 mm,综合考虑侵彻深度和侵彻孔径,聚乙烯、PTFE/Al作为外罩时,Cu基非晶合金双层聚能药型罩的侵彻性能优于铝、钛作为外罩时的侵彻性能。     

截顶M型药型罩几何参数对射流形成的影响

用有限元显式动力分析程序Autodyn,对截顶M型药型罩在压垮过程中出现的射流多次碰撞现象进行研究,通过改变顶部结构几何参数,对比分析参数对射流汇聚产生的影响,探讨射流碰撞使射流加速的原因.将M型顶部结构截去一部分构成截顶M型药型罩,压垮过程可分为顶部、轴线射流汇聚两部分.结果表明:在足够的碰撞压力下,瞬时二级药型罩结构被压垮,产生速度更高的二次射流,且药型罩顶部高度增大显著提升经多次汇聚后的射流头部速度.顶部结构参数:顶部倒锥角θ、截顶高度h、截顶宽度d的最佳取值分别为60°～90°、8～13 mm、约10 mm.     

有效射流与药型罩材料的分配关系

应用LS-DYNA 及动态示踪点处理方法,研究典型聚能装药有效射流与药型罩材料的细微分配关系。取临界侵彻速度为2 km/ s,将有效射流按速度分布分为高速( vj 逸5 km/ s), 次高速(4 km/ s臆vj <5 km/ s), 中速(3 km/ s臆vj <4 km/ s)和低速(2 km/ s臆vj <3 km/ s)4 个区间段。结果显示:药型罩的有效区域为一变壁厚的薄壁锥形体,高速段为药型罩顶部内表面往里0. 12 倍壁厚,其低速段最厚处为药型罩内表面往里0. 46 倍罩壁厚,距药型罩底端约0. 2 倍的罩高范围内不形成有效射流。药型罩内表面材料在形成射流时呈渐进分层剥离状,有效区域与药型罩壁厚及质量比例沿罩轴线方向均为指数分布。可为高效聚能装药及复合药型罩研究提供参考。     

冷挤压聚能药型罩的射流特性研究

介绍了药型罩的一种新的加工工艺－冷挤压加工与其它加工工艺相比，具有表面洁度高、几何精度高、晶粒度细、再结晶温度低的特点。静破甲威力实验和脉冲Ｘ光照像表明，冷挤压药型罩的聚能射流比车制罩有更深的破甲能力，更长的断裂时间，更高的动态延伸率。     

罩顶药高影响药型罩的射流转化特性

为了给射流形成机理的深入分析及高效聚能装药结构的研究提供参考,基于分段药型罩形成射流时的杵体水回收实验,应用非线性动力学有限元软件LS-DYNA及动态示踪点处理方法研究药型罩形成射流时的材料分配关系.在数值模拟与实验结果对比有较好一致性的前提下,重点研究了无壳装药结构罩顶药高对锥形药型罩形成射流时的材料分配规律.结果表明,罩顶药高在0.2～2.0倍装药直径范围内时,等壁厚锥形药型罩形成射流时的材料分配规律均为自顶向底成指数分布.装药高度增加时,药型罩壁厚方向有更多比例的材料形成射流,而在轴向方向的材料比例不受影响.罩顶药高大于1.6倍装药直径时,射流转化率及对钢靶板穿深增幅均不明显.     

粉末药型罩射流速度的近似计算方法

针对粉末药型罩射流速度低于相应密实材料药型罩的现象, 首先从理论上分析了药型罩多孔材料特性对爆轰产物作用压力和能量的影响;然后提出了把经典的射流速度计算模型用于粉末罩的修正方法;最后得到了粉末罩射流速度的近似计算方法,通过试验进行了验证.     

平顶尺寸与起爆环半径对复合药型罩形成射流的影响

为研究复合药型罩平顶尺寸与起爆环半径对射流头部速度及成形的影响,对不同平顶尺寸和起爆环半径的铜-铝复合药型罩进行数值模拟.利用AUTODYN-2D模拟药型罩的变形和射流的形成及断裂的过程,仿真平顶尺寸对射流的影响、起爆环大小对双层药型罩形成射流的影响、平顶尺寸与起爆环半径对射流成形的影响,并分析外罩挤破内罩状况.结果表明:小起爆环半径时,药型罩平顶尺寸越小,射流头部速度越高;大起爆环半径时,较大的平顶尺寸可获得较高的射流头部速度,平顶尺寸增加到装药口径20％左右时,成形中会出现内罩挤破外罩的现象.     

新结构药型罩射流对等效前舱的抗干扰研究

为有效降低弹药前舱对聚能射流的干扰作用,提高射流穿过前舱后的侵彻威力,设计了一种新结构药型罩.通过将前舱等效为均质靶板的等效方法,得到了均质等效靶的等效厚度.利用AUTODYN-2D数值仿真软件分别对新结构药型罩和常规药型罩射流侵彻等效前舱作用过程进行了数值计算,并对射流穿过等效前舱后的侵彻孔形进行了理论计算.结果表明,与常规药型罩相比,新结构药型罩降低了等效前舱对射流的能量消耗,提高了射流穿过等效前舱后的头部速度和射流能量,对带等效前舱钢筋混凝土目标的侵彻深度提高了11.7%以上,理论计算和试验孔形基本吻合.新结构药型罩射流对前舱的抗干扰能力明显优于常规药型罩.     

环形起爆对球缺型药型罩形成EFP速度的影响研究

基于传统的锥形药型罩的模型理论，推导出环形起爆下圆弧型药型罩形成爆炸成型弹丸（EFP）的工程模型，推导出EFP基本稳态时的速度公式，通过调整不同的起爆环位置尺寸，得到相应的稳态时EFP整体速度变化规律，为工程设计提供参考。     

聚四氟乙烯基药型罩射流成型凝聚性研究

聚四氟乙烯（PTFE）基含能药型罩射流成型凝聚性关系到射流侵彻毁伤效果。通过数值模拟和试验验证相结合的方法,对PTFE/Ti/W含能药型罩射流成型特性开展研究。结果表明：含能药型罩与惰性铝罩的射流具有明显差异,由于含能药型罩材料声速较低,爆轰压垮药型罩形成脱体波,导致射流在飞行过程中会呈现径向发散效应,随着药型罩密度增加,射流凝聚性加强;含能侵彻体在成型过程中会不断发生反应膨胀,随着时间的增长,侵彻体轮廓逐渐模糊,密度不断减小;基于惰性材料模型的数值仿真方法能够在一定时间范围内对射流成型进行准确模拟,当侵彻体由于反应而造成的形貌改变不可忽略时,仿真与实际具有一定差距。