刚性弹体侵彻加筋靶板的力学模型

采用动量守恒定理研究了截卵型刚性弹体对加筋靶板的侵彻贯穿问题.提出了刚性弹体侵彻贯穿加筋靶板的力学模型,并用来预测弹体贯穿加筋靶板后的剩余速度.在此基础上,利用该模型分析了加筋靶板加强筋的宽度和高度以及弹体的初始速度对弹体剩余速度的影响.模型预测结果与实验及数值结果相比较,三者具有较好的一致性,表明该模型是合理的.     

变截面深侵彻弹体结构分析

侵彻弹加强筋结构可以提高弹体抗压、抗弯能力,但不能改善弹体内壁应力集中现象。文中利用有限元软件AUTODYN-2D模拟实际速度侵彻混凝土靶的过程,分析了变截面结构,并与圆筒结构、加强筋结构进行比较。结果表明,在深侵彻过程中,与其它结构相比变截面结构不仅减少了弹体轴向压缩量,并改善了弹体横截面应力集中现象,从而能有效保障弹体结构的稳定性,提高内部装药的安全性。     

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。     

超高速钨合金长杆弹对混凝土侵彻及损伤破坏的数值分析

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学计算程序LTZ-2D,分析了超高速钨合金长杆弹侵彻混凝土靶板的过程以及靶板的损伤破坏情况.计算结果表明,与低速侵彻规律相同,截卵形弹头以及较大的长径比更有利于弹体对靶板的侵彻,但对混凝土靶板造成的损伤相对较小;由于弹体失效的影响,存在一个临界速度,当弹体的着靶速度高于临界速度时,弹体对靶板的侵彻能力随着撞击速度的提高而降低.     

带直槽弹体对混凝土靶体的侵彻机理分析

文中就一种新型结构弹体即带排屑槽的弹体,基于球形膨胀及动能守恒理论,建立了带槽弹体垂直侵彻混凝土靶的动力学方程,并研究了带槽弹体和混凝土相互作用规律,对比了带槽弹体与普通弹体对混凝土靶的相互作用,通过理论分析计算,得出在600~1 000 m/s的速度范围内,带槽弹体侵彻效果优于无槽弹体,且与弹体预制刻槽数成正比。文中研究结果可为新型侵彻战斗部的设计提供参考依据。     

弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶姿态变化实验和理论研究

为研究弹体斜侵彻薄混凝土靶的姿态变化规律,进行了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体斜侵彻贯穿薄混凝土靶过程的弹道变化参数。在弹体斜侵彻贯穿混凝土靶理论模型的基础上,推导得到了改进的弹体斜侵彻薄混凝土靶终点弹道理论计算模型。用改进模型计算得到的弹体过靶后剩余速度和姿态变化角度与实验结果吻合较好。     

锥头弹小斜角侵彻薄板剩余速度理论分析

为确定锥头弹体小斜角侵彻薄板后的剩余速度,分析了锥头弹小斜角侵彻薄板花瓣破坏模型,将弹体损失的动能转化为靶板的碟形凹陷应变能、裂缝扩展应变能、花瓣动力功和花瓣弯曲应变能,根据能量守恒原理推导了弹体的剩余速度公式.运用数值仿真方法对弹体剩余速度理论公式进行验证,理论结果与数值仿真结果吻合较好,验证了锥头弹体小斜角侵彻薄板后的剩余速度理论公式的合理性.     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。     

高速侵彻混凝土弹体头部侵蚀终点效应实验研究

采用高速弹道炮发射、弹体飞行姿态观测、弹体回收等技术,分别进行了不同结构、不同材料弹体高速侵彻石灰石骨料、石英石骨料两种混凝土靶实验研究。结果表明,在高速侵彻的情况下,弹体质量损失量与其初动量之间存在与弹体材料强度相关的近似线性关系,弹体初速度越高、弹体材料强度越低,弹体头部侵蚀越严重,质量损失量越高。伴随着头部侵蚀的是弹体结构的破坏、侵彻深度的降低。相比于侵彻深度转变前的弹体,转变后的弹体发生了严重变形和长度的缩短,呈现出“可变形/头部侵蚀”弹体侵彻特征。与石灰石混凝土相比,侵彻石英石混凝土的弹体侵蚀更为严重,头部轮廓变化明显。最后阐述了弹体头部侵蚀与混凝土骨料的切削作用关系。     

降低终点弹道偏转效应弹体结构设计

针对弹体侵彻过程中弹道偏转现象,开展了降低弹体弹道偏转效应研究.设计了一种锥形结构实验弹体,对其侵彻混凝土靶板过程中受力情况进行了分析,锥形结构弹体侧壁力矩有助于降低弹体侵彻过程的弹道偏转程度;采用130 mm轻气炮开展了锥形实验弹体侵彻混凝土靶板实验,并与普通直杆形弹体侵彻结果进行了对比.实验结果表明,锥形弹体侵彻弹道的偏转程度小于普通直杆形弹体,锥形弹体在斜侵彻以及高速侵彻厚目标情况下,将有更好的侵彻性能.     

弹丸对加筋板穿甲的数值模拟研究

根据舰船上加筋板壳结构在强冲击载荷作用下的变形以及破坏过程,结合加筋板受弹丸穿甲的实验研究,采用数值模拟方式,对加筋板受到弹丸攻击时,靶板破坏模式、弹丸过靶姿态以及靶板抗穿透能力等进行了研究。结果表明,筋板的存在,使得靶板强度和刚度都得到了较大提高,靶板整体结构性能以及破坏模式发生了较大变化,"一""T""十"字加筋使弹丸极限穿靶速度的提高量随筋板和弹丸的不同在35%～80%之间变化,弹丸的最大偏转角达到了35°～40°。     

加强筋的布置对其抗爆性能影响的研究

为探讨抗爆结构设计,采用有限元模拟了典型加筋板结构加强筋迎、背爆面布置下抗冲击过程,分析加强筋的布置对冲击载荷的影响,并与加筋板抗爆实验进行比较。结果表明:加强筋迎爆面布置将使板架在加强筋间的局部区域承受的冲击载荷变大,而使板架承受的角隅汇聚冲击波强度减弱;数值模拟结果与实验结果吻合良好。     

爆炸载荷下舱板与加强筋抗爆性能分析

以救生舱壳体的抗爆性能为研究对象,通过控制变量法,分别研究了壳体中舱板与加强筋两部分的抗爆性能。通过有限元分析软件 LS-DYNA,对舱板厚度一定,加强筋厚度不同和加强筋厚度一定,舱板厚度不同两种组合进行数值仿真计算,得出了整体救生舱壳体的塑性变形与舱板和加强筋厚度之间的关系曲线。研究结论表明：在一定载荷范围内,加强筋在厚度与整体壳体塑性变形上成双段线性曲线规律;舱板在厚度与整体壳体塑性变形上成抛物线曲线规律。研究成果为救生舱舱板与加强筋厚度设计提供有益借鉴。     

复合材料层合板抗弹性的工程分析模型

根据复合材料的本构关系和失效准则,利用动量和能量守恒原理建立了弹丸垂直侵彻有限厚复合材料层合板工程分析模型,给出了此类层合板弹道性能V50的预测公式,用该模型计算了正交玻璃纤维层合板的V50,并进行了试验验证,其结果一致性较好.     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。     

聚能射流对厚壁移动靶的侵彻理论与数值模拟分析

为有效拦截摧毁来袭大壁厚高速运动的导弹和钻地弹,提出了一种采用破甲战斗部的攻击模式。基于虚拟源点理论并采用微元法,将射流微元与厚壁移动靶板的相互作用过程分为两个阶段： 第一阶段,射流微元在侵彻过程中不受靶板侧向力干扰,分析了该过程侵彻深度和孔径的变化规律;第二阶段,射流在侵彻过程中受到靶板的侧向干扰,建立了射流受干扰时的横向漂移速度及受干扰射流的侵彻深度等理论模型。为验证理论模型的正确性,设计了一种40 mm口径聚能装药,通过有限元软件LS-DYNA分析了聚能射流垂直侵彻不同移动速度靶板（0~600 m/s）的侵彻深度及孔径变化规律,同时结合Marmor等^\[17\]的试验数据,与所建理论模型计算结果进行对比。结果表明：破甲战斗部是对付高速运动厚壁战斗部的有效手段,所建理论模型可精确地计算出射流微元在各个阶段的运动状态,从而获得总侵彻深度随靶板运动速度变化的规律;靶板运动速度越高,无干扰侵彻阶段经历时间越短,射流受干扰程度越明显,破甲深度与扩孔孔径也越小。     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶深度分析模型

将高速长杆弹对半无限混凝土靶的侵入过程分为开坑、侵蚀阶段侵彻和刚体阶段侵彻。侵蚀过程中计算长杆弹质量的减少量,侵彻过程中计算侵彻深度的增加量,对侵彻增量进行求和得到侵蚀状态侵彻总深度。刚性阶段侵彻混凝土时,运用空腔膨胀理论计算侵彻深度。应用分析模型对钨杆侵彻半无限混凝土靶深度进行了计算,与实验结果吻合较好。     

侵彻多层混凝土目标弹丸过载特性研究

研究了侵彻多层混凝土目标弹丸的过载特性，针对几种典型的弹丸初速度、混凝土靶板厚度以及混凝土强度，采用GRAFORVet．5商业程序进行了计算，得到了各种条件下的弹丸侵彻加速度过载曲线，分析了过载曲线的特征，为智能灵巧型引信提供设计参考和依据。