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.     

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。     

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。     

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．     

钨合金圆筒爆破试验破片分布的统计分析

采用圆筒爆破试验方法研究了易碎型钨合金的破片分布特征,并与93W合金的结果进行了对比.对破片的数量和质量分布特征进行了统计分析,发现易碎型钨合金的破片率明显高于93W合金,而且破片的均匀性也明显好于93W合金,但易碎钨合金的破片回收率低于93W合金,而且受装药量的影响较大.     

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。     

钨锆铪活性合金破片冲击释能行为实验研究

为研究活性合金材料的冲击释能行为,采用弹道枪驱动一种高强度、高密度的钨锆铪活性合金破片,使其以不同着速撞击Q235钢靶,通过观察靶板穿孔模式和靶后冲击释能火光区的高速摄影图像,提出合金类破片冲击释能的3阶段模型,即冲击激活阶段、自蔓延释能阶段、自激活阶段。结合应力波、热应力理论和冲击温升方程,获得该破片能量的激活门限、能量完全释放的临界条件、释能火光区的最大尺寸及其靶后有效毁伤距离。研究结果表明：钨锆铪活性合金破片不仅具有类似惰性破片的动能毁伤能力,而且在穿靶前活性能耗极小,活性能量在穿靶后毫秒量级内完全释放;破片活性能量被完全激活前,释能火光区的最大毁伤容积和有效毁伤距离分别随破片着速的提高呈指数和线性增长趋势。     

钨合金破片高速穿甲工程计算方法探讨

为研究德马耳公式对合金破片穿甲性能的适用范围,采用该公式对钨合金球形破片在不同靶板厚度下的极限穿靶速度进行理论预测,采用数值模拟及靶试考核的方式对其验证。结果表明:由德马耳公式计算得出的极限穿靶速度,在靶板厚度为15 mm时,与数值模拟和靶试考核的结果一致;而靶板厚度为20 mm时不能侵彻靶板,与数值模拟和靶试考核结果差异较大。由此得出,德马耳公式适用于低速和高速下极限穿靶速度的预测,而对于超速穿甲具有一定的局限性。     

爆炸加载下钨合金破片分布的试验研究

将95W和97W的单筒和外衬复合两种结构的模拟弹装填B炸药后,在爆炸洞中静爆,回收破片进行统计分析和断口观察,并研究弹体结构对破片质量、形状分布和微观断裂模式的影响。结果表明:外衬复合结构由于提高了爆炸载荷下钨筒裂纹的形核率而提高了钨合金的破碎性能,使破片平均质量减小,回收率降低,近似于等轴状的破片比例增加;不同弹体结构的95W和97W的破片断口均为近乎100%的钨颗粒穿晶断裂。     

钨球侵彻铝合金板的弹道极限研究

弹道极限是终点效应学的重要研究方面。针对钨球侵彻铝合金板的情况,参照相关试验方法,并结合有限元法,提出了一种确定弹道极限的方法;利用结果数据,拟合了不同弹靶条件下弹道极限的经验公式。采用文中方法所得弹道极限,与实验结果相比差别较小,证明了该方法的合理性。     

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。     

球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟

针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题,进行了实验研究.在对实验现象及结果的观察与分析的基础上,为建立合理的数值模型和验证数值方法的可行性与准确性提供了评判标准.采用Lagrange,ALE和SPH-Lagrange耦合算法分别对钢球高速侵彻明胶的动力学过程进行了模拟.从建模方法、计算效率、数值结果精度和实验现象再现程度等方面对比分析了3种数值算法之间的差异和优缺点.对比结果表明：针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题Lagrange算法的计算精度和计算效率最高;如果计算过程中的网格畸变经常造成数值求解终止等问题,则可以考虑采用ALE算法;SPH算法不适用于求解该问题.     

不同形状的预制钨破片正穿甲钢靶的破孔能力分析

为了探究不同形状和初始动能条件下预制钨破片对中厚钢靶的穿甲问题,采用LS-DYNA动力显示分析软件分别对不同初速条件下,3种形状破片撞击钢靶的过程进行仿真模拟.通过对比分析弹靶毁伤形貌和破片速度时程曲线等,得到了形状和初始动能对穿甲威力影响的变化规律.仿真结果表明:相同初始条件下,不同破片形状对钢靶的侵蚀程度不尽相同,但侵彻机理相似;侵彻动能的增加对穿甲威力的提升影响显著,穿甲威力随侵彻动能的增加而增大;初始动能相同时,立方体形破片破孔能力最强,圆柱形破片次之,球形破片最弱;与此同时,立方体形破片在穿甲过程中速度及动能衰减最为严重.     

钨破片形状对穿甲速度影响的数值模拟研究

研究不同形状破片在穿甲过程中,速度、动能变化曲线有着重要意义。以钨破片为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA有限元计算方法,对比分析球形、立方形、圆柱形钨破片穿甲速度、动能衰减曲线。结果表明：立方形钨破片速度、动能衰减最大,对后效毁伤效能有较大影响。该研究结论可对战斗部威力设计、破片研制提供一定参考依据。     

双锥罩射流侵彻钢靶侵深计算模型

为了完整地描述双锥罩聚能射流侵彻钢靶的全过程,利用冲击波Hugoniot关系修正伯努利方程,结合改进的PER理论推导双虚拟原点,建立了考虑冲击波、射流速度分布及射流状态等影响因素的侵深计算模型。通过试验验证了考虑冲击波、双虚拟原点及射流断裂影响的计算模型能够提高预测侵深的准确性,比较了各分界点因素对射流侵深的影响,获得了炸高及双锥罩结构参数对射流侵深的影响规律。研究结果表明：随着炸高的增大,连续射流与断裂射流分界点的出现将早于冲击波影响分界点;头部速度、拐点速度和侵彻深度均随上锥角的增大而减小;随着上锥高占罩高比例的增大,射流头部速度、侵彻深度逐渐增大,而射流拐点速度呈下降趋势。     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究

为研究爆炸成型弹丸（EFP）穿透钢靶后的后效威力,设计了长杆形EFP装置及对45号钢 靶板的侵彻实验。采用X光摄影方法观测EFP穿过靶板后的破片云形态及飞散特性;通过测量靶板后一定距离处验证板上的穿孔,得到靶板后破片数量。从拍摄的脉冲X光照片可以看出：EFP穿透钢靶后形成的破片云形状是截椭圆形,飞散角约50°. 从验证板上的穿孔可以看出：靶后破片可穿透10 mm铝板,破片穿孔分布相对随机,穿孔直径近似呈正态分布特征,破片飞散角与X光观测结果一致;随着靶板厚度增大,破片飞散角均为50°,但靶后破片数量呈先增大、后减小的趋势,即存在靶后破片数量最大化的靶板厚度。从回收到的破片可以看出：靶后碎片由EFP和钢靶碎片共同构成。     

液力挤压高比重钨合金材料模拟弹靶试试验研究

对不同挤压变形钨合金材料进行了穿甲模拟靶试试验研究，并通过与真空热处理态，不问旋锻变形态钨合金材料的模拟弹靶试进行对比分析．得出如下重要结论：（I）液力挤压大幅度提高了钨合金材料的抗拉强度、屈服强度；（2）液力挤压钨合金材料的模拟弹穿深明显高于真空热处理态、旋锻变形态；（3）经8发模拟穿甲弹试验表明，尽管液力挤压态钨合金材料的强度很高．但在射击过程中无断弹、碎弹现象。     

多层球形预制破片战斗部破片初速场的计算模型

为描述多层球形预制破片战斗部破片的初速分布,针对典型的柱形装药的多层球形破片结构,用AUTODYN软件对其爆炸驱动过程进行数值模拟,发现每层破片的初速周向规律性波动;每层破片的平均初速外层大于内层,其差异随破片层数的增多和周向破片数的减少而增大;基于Gurney假设和冲量定理进行理论推导,结合数值模拟结果,建立了破片初速场的计算模型。该模型通过给出各层破片的平均初速及初速场的速度极值来表征初速场,其计算值与实验结果吻合较好。