无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

破片斜侵彻靶板弹道极限速度分析

文中以球型破片为对象,采用实验和仿真方法研究了钨球斜侵彻不同结构靶板时,弹道极限速度随侵彻角的变化趋势.研究表明钨球斜侵彻不同结构的靶板时,弹道极限速度随侵彻角的变化规律具有相似性;同时还研究了与钨球同质量、同体积的钢球斜侵彻同一结构靶板时,弹道极限速度随侵彻角的变化趋势,得出了相应结论对于同一球型破片,直侵彻能贯穿的靶板,当侵彻角大于一定值时,即使侵彻速度很高也无法贯穿,直至破片碎裂嵌埋.上述结论,对战斗部威力设计、弹靶作用最佳位置的确定都具有十分重要的意义.     

球形破片侵彻有限厚靶板的模型建立与计算

描述了球形破片侵彻有限厚靶板的侵彻过程，建立了反映侵彻速度和侵彻深度间关系的分析模型．依据空穴膨胀理论计算侵彻阻力，依据Ａ－Ｂ模型将侵彻过程进行分解，并给出了各过程的侵彻方程，基于该模型研究了程序代码，以钨球对钢板、钨球对铝板分别模拟．球形破片对靶板进行了实例计算，并和试验结果进行了比较．     

钨球及六棱钨柱破片侵彻Q235叠层靶特性研究

为研究破片形状及质量对其侵彻性能的影响和靶板分层方式对其抗侵彻性能的影响,采用12.7 mm标准弹道枪发射质量为8.05 g、直径为9.4 mm的钨球以及质量为12 g、尺寸为内切圆Φ 9 mm×9.5 mm的六棱钨柱,分别撞击材料为Q235的3种不同结构靶板。通过试验和R-I公式得出了钨球及六棱钨柱破片侵彻3种不同结构Q235靶的弹道极限。在此基础上,验证了选用模型及参数的有效性;并采用数值模拟方法研究了相同质量下两种不同形状破片侵彻Q235靶性能的差异性。研究结果表明,破片侵彻靶板的性能不仅与破片形状、靶板分层结构有关,还与破片侵彻靶板的速度以及破片质量有关。六棱钨柱侵彻靶板性能与其着靶姿态以及靶板结构有关。在质量相同以及一定侵彻速度的条件下,球形破片侵彻靶板的能力高于六棱柱破片,叠层靶比相同厚度单层靶能够提供更好的抗六棱柱破片侵彻的能力。     

钨合金破片高速侵彻铝合金靶板实验研究

利用二级轻气炮驱动不同钨含量的正方体钨合金破片到速度为2.2 km/s,高速侵彻铝合金叠层结构靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到钨合金破片侵彻性能的差异。实验表明:在相同条件下,锻造态的97钨合金侵彻能力最强,真空态97钨合金和95钨合金与93钨合金相比,侵彻性能没有明显的优势;锻造态97钨合金侵彻机理与其他几种钨合金有所不同,其在侵彻过程中发生了绝热剪切破坏,表现为一定的自锐性。     

柱形破片对多层间隙靶侵彻试验研究

对钨合金柱形破片侵彻多层铝合金间隙靶板进行了试验研究,模拟预制破片弹中杀伤元对目标的侵彻特性.分析了破片质量、着靶速度对多层靶板侵彻能力的影响,获得了基础试验数据,并结合工程计算模型,拟合得到了靶板侵彻层数随破片质量、着靶速度的数学方程.该拟合方程可用于评估长径比为1且正侵彻的钨柱形破片的侵彻能力,对预制破片弹的破片选择提供实用参考.     

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明：增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。     

几种钨合金破片垂直侵彻装甲钢板极限穿透速度研究

文中从理论和实验两个方面研究了战斗部中典型的预制破片钨球、钨柱和钨块对装甲钢板的侵彻性能；分析了钨柱、钨块破片因着靶姿态不同存在着不同的极限穿透速度；给出了不同着靶姿态侵彻阻力面的理论模型，推导出了计算极限穿透速度的公式，并计算了三种典型预制破片的极限穿透速度，与测试的弹道极限进行了对比。     

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5 mm滑膛枪发射直径6 mm的钢质球形破片和边长4.2 mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。     

芳纶复合材料抗破片模拟弹丸侵彻的一种工程分析方法

为研究芳纶复合材料抗破片模拟弹丸侵彻的性能,进行了4.5 g破片模拟弹丸侵彻15 mm厚芳纶靶板的穿甲实验。实验结果表明破片初速与穿透剩余速度呈线性关系,靶板的面密度吸收能可能存在极大值。进而提出一种破片模拟弹丸侵彻芳纶靶板的工程分析方法,给出了破片侵彻芳纶靶板的弹道极限速度与穿透剩余速度的预测公式,预测结果与实验结果有较好的一致性。并提出了面密度吸收能存在极大值,最后讨论了芳纶抗破片侵彻性能的表征方法。     

钨球对陶瓷/铝复合靶的侵彻与贯穿

采用弹道枪动加载设备,对钨合金球垂直侵彻陶瓷铝复合靶的弹道性能进行了实验研究,给出了钨球侵彻陶瓷/铝复合靶时,球靶的作用过程,分析了陶瓷/铝复合靶的抗侵彻贯穿机理,测得了钨球贯穿不同面密度靶板的弹道极限速度并与钨球侵彻均质装甲板的作用过程进行了分析对比,所给出的结果对破片式战斗部威力设计及轻型装甲结构的优化设计具有参考意义。     

枪弹穿甲后效破片对典型防弹衣侵彻毁伤特性试验研究

为研究枪弹穿甲后效破片对有防护人员的杀伤作用效能,采用一种易碎钨合金弹芯材料的穿甲枪弹、10 mm厚均质钢板和典型聚乙烯（PE）复合材料防弹衣,进行穿甲后效试验。分析穿甲后效破片的质量分布和飞散规律,以及两种不同速度弹头穿甲后效破片对防弹衣的侵彻毁伤效果。研究结果表明：枪弹穿甲后效破片的质量分布范围较大,后效破片在距离防护钢板1.4 m处的散布半径为21.3 cm;枪弹穿甲形成的不规则后效破片对PE防弹衣各纤维层的破坏模式以剪切破坏为主,纤维材料在发生剪切破坏的同时,伴有纤维材料的熔融、灼烧破坏;在后效破片密集作用区,各侵彻孔间的边界相互交叉产生撕裂破坏,形成了相互连通的大破口,且大破口周围产生纤维撕裂扩展,能够加剧破坏程度。     

刚性破片侵彻层合板运动模型

为揭示杀伤元与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)层合板相互作用机制,开展硬质合金破片侵彻UHMWPE层合板的的弹道试验,获得不同入射速度下破片穿透层合板后的剩余速度以及层合板在不同速度下的断裂失效形貌特征。在此基础上,基于波动理论和能量守恒原理建立刚性破片对层合板侵彻过程的能量耗散模型,分析破片侵彻过程中不同形式能量传递规律。研究结果表明：侵彻过程中层合板因剪切失效、拉伸和压缩变形产生的能量传递在各种形式耗散能量中占主导地位;与试验结果对比发现,该模型可有效描述破片对层合板的侵彻过程,可为有防护目标杀伤机理及弹道设计提供一定参考。     

TC4钛合金板对球形弹抗冲击损伤特性研究

为研究钛合金板在球形弹冲击下的弹道性能与失效特性,在一级气炮进行弹体正冲击靶板试验,获取弹体的弹道极限速度和速度曲线。用有限元软件Abaqus建立弹体撞击靶板的仿真模型,计算获取弹体不同入射角冲击靶板的弹道极限速度,验证数值仿真模型及参数有效性。结果表明:质量为8.35 g的刚性球形弹冲击厚度为2 mm的钛合金板时,数值仿真的弹体弹道极限为231 m/s,试验为233 m/s,两者相差0.86%。随弹体冲击角度逐渐增大,靶板弹道极限逐渐增大,靶板的拉伸撕裂程度更严重。     

低速陶瓷球侵彻明胶研究

为研究低速陶瓷球侵彻明胶运动规律,通过试验和数值模拟方法,测量了不同直径陶瓷球的冲击速度和侵彻明胶深度; 采用能量守恒模型,计算球形破片侵彻明胶深度; 结合试验结果与理论结果进行验证计算。研究发现:对于球形破片侵彻明胶,利用该文的理论分析模型计算出的侵彻深度与试验结果吻合较好; 基于理论模型的可靠性,发现低速陶瓷球侵彻明胶,其直径是影响侵彻深度的主要因素; 将陶瓷球、钨球、钢球的侵彻能力进行对比,综合考虑侵彻深度和最大空腔半径,结果表明陶瓷球更适合作为毁伤元。     

陶瓷/钛合金靶抗圆柱体弹侵彻的仿真研究

为研究7.5 g圆柱体弹侵彻下,不同厚度配比的陶瓷/钛合金靶板的弹道极限速度及靶板的破坏模式,利用有限元软件ANLYSYS/LS-DYNA,对高速圆柱体弹侵彻陶瓷/钛合金结构进行数值模拟仿真,得到了弹道极限速度随陶瓷厚度和钛合金厚度变化的拟合公式,探讨了陶瓷和钛合金厚度比对结构抗弹性能的影响规律。结果表明:陶瓷/钛合金结构的破坏变形程度基本随着结构弹道极限速度的增大而增大,与增加陶瓷厚度相比,增加钛合金厚度对弹体侵蚀程度及靶板变形程度产生的影响更大; 结构的单位面密度吸能基本随陶瓷/钛合金厚度比的增大呈先增大后减小的趋势,当陶瓷/钛合金厚度比在1～2之间时,结构抗弹性能较好。     

穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶弹道极限速度的研究

为研究7.62 mm穿甲弹垂直侵彻陶瓷金属复合靶板的弹道极限速度,基于能量守恒提出一种改进的理论分析模型,进行了7.62 mm穿甲子弹侵彻陶瓷/装甲钢复合靶板的试验研究,并通过理论分析的方法对试验结果进行验证计算。研究结果发现:陶瓷/装甲钢复合靶板利用该理论分析模型计算出的弹道极限速度与弹道试验结果吻合的较好;综合理论分析和数值模拟分析结果,得出弹道极限速度与陶瓷锥质量正相关。基于理论模型的可靠性,可预测不同复合靶板厚度下弹芯剩余高度,得出陶瓷厚度是决定弹芯剩余高度主要因素。     

弹丸头部对斜侵彻弹道偏转影响研究

通过对不同头部形状与组合材料的弹头对中厚钢靶的斜侵彻弹道对比研究,获得了尖卵形、截卵形与内凹截卵形,以及不同截卵位置、弹头长度和头部组合材料弹头对斜侵彻中弹道偏转的影响规律和侵彻过程中受到偏转力矩的变化规律。计算结果表明：截卵形弹弹道偏离角小,抗弹道姿态劣化的能力强,侵彻弹道相对稳定性好;弹头前端复合高密度、高硬度钨合金材料的弹丸侵彻能力强,弹道偏离角小。基于弹道侵彻过程偏转力矩与偏转角的时空演化特点,获得斜侵彻弹道偏转关联性。通过正交试验得到了影响弹道偏离角由大到小的因素分别为：弹头形状、弹头材料和弹速。研究结果可为低速弹丸与金属靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。