岩石控界切割锥形聚能射流的优化设计及试验

对聚能装药形成射流冲击岩石展开研究,通过线性聚能装药和锥形罩聚能装药的爆炸破岩对比试验、数值模拟以及岩石断裂力学分析认为,采用锥形罩聚能装药结合初始裂纹形式时,能量利用率更高,能对岩石产生更好的劈裂效果。为得到高速锥形射流,运用正交分析和数值仿真对聚能装药进行了优化设计,优化后的锥形罩聚能装药的参数为:炸高15 mm、药型罩锥角84°、药型罩厚度1.35 mm。优化后的岩石劈裂试验中,两个锥形罩聚能装药同时爆炸作用于岩石,在初始裂缝的引导下形成了长度达120 cm的定向平直裂纹。该试验验证了多点锥形罩聚能装药应用于岩石控界切割技术的有效性,可应用于精细化要求的边界控制爆破。     

复合材质杆式射流侵彻水下目标的数值模拟

为了实现聚能战斗部对水下目标的高效毁伤,在传统聚能战斗部的基础上设计了一种采用不同材料的球缺罩与偏心亚半球形罩组合的聚能战斗部。阐述了复合材质组合式聚能战斗部的结构设计及作用原理,利用有限元软件AUTODYN数值模拟了其成型及侵彻水下靶板的过程,并与传统的偏心亚半球缺式和单一材质组合式战斗部的毁伤效果进行了对比。研究表明,复合材质组合式战斗部形成的前级杆式射流侵彻水介质过程中可以为后级杆式射流开辟无耗能通道;在相同炸高下,侵彻相同厚度的水介质与靶板后,与传统杆式射流相比,复合材质杆式射流的动能衰减率最小,剩余动能提升了28.59%。该复合材质组合式聚能战斗部可以实现对水下目标的高效毁伤。     

水深对毁伤效应的影响实验研究

对于浅水中耐压舱体结构的毁伤效应人们开展了相关研究,由于深水环境中(50~300 m)静水压力的存在,处在其中的耐压舱体承受一定的预压力,预压力的存在对耐压舱体在聚能装药作用下的毁伤效应产生的影响尚不明确。该文设计单次使用模拟深水爆炸实验装置,开展不同模拟水深条件下耐压舱体结构在聚能装药作用下的毁伤效应研究。研究结果表明:在0~3 MPa静水压力条件下,水深对耐压舱体靶板的破坏、水中冲击波压力峰值以及耐压舱体前板中心位移无明显影响,对于耐压舱体结构,浅水中的研究结果可以应用于深水环境中。     

圆锥-球缺药型罩聚能战斗部结构优化设计？

针对现代舰船抗爆炸与冲击能力的日益提升,提出了一种圆锥-球缺组合药型罩聚能战斗部在鱼雷上的应用,建立了该战斗部水中接触爆炸钢质靶板的力学物理模型,并通过试验对数值模拟结果进行了验证性研究。采用正交设计方法,设计了16种不同参数的圆锥-球缺聚能战斗部的结构,利用该模型进行了数值计算,得到了战斗部的最佳结构,为高效聚能战斗部的设计提供了理论依据。     

大开孔聚能装药威力性能研究

为了实现聚能装药大开孔威力要求,针对典型钢靶和混凝土目标,对3种不同结构的聚能装药展开研究。数值模拟研究了紫铜、钛合金、铝/钛3种球缺罩的杆式射流成型、开孔及侵彻威力性能;通过静破甲试验对不同结构聚能装药开孔及侵彻威力进行测试和分析。数值模拟结果表明:内/外罩材料为铝/钛时,开孔威力较钛合金罩、紫铜罩有明显提高,其侵彻威力较钛合金罩有所提高,紫铜罩的开孔威力相对最差。静破甲试验结果表明:铝/钛复合杆式射流对45#钢靶及C35钢筋混凝土的开孔孔径较钛合金、紫铜杆式射流有明显提高,其主要原因是低熔点钛、铝的高温气化效应及与靶板介质在熔融状态下发生脆性化学反应,导致靶板抗侵彻强度降低。     

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。     

聚能装药侵彻体对混凝土基座毁伤效应数值模拟研究

为选定混凝土基座爆破后残高低、块度小的聚能装药结构形式，采用数值模拟方法对比研究了装药量、外径和药型罩壁厚相同条件下60°、120°锥形罩和曲率半径为10.8 cm曲面罩形成的射流或爆炸成型弹丸(EFP)运动特性，及其对混凝土基座垂直侵彻过程和毁伤效应。结果表明：不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的侵彻方式不同。60°药型罩的头部射流先侵彻混凝土基座，随后杵体对孔洞进行扩大，120°药型罩的杵体与射流合并侵彻混凝土基座，而曲面药型罩主要依靠成型弹丸对混凝土基座进行冲击侵彻；混凝土基座的破碎能力与侵彻孔直径相关；孔径越大、能力越强。60°、120°和EFP药型罩侵彻孔直径分别为4.3 cm、5.2 cm和7.0 cm,在侵彻深度范围内形成的裂缝数量、宽度呈现增大趋势；混凝土基座爆破后的残留高度与横向贯通裂缝至底面之间的距离相关，而横向裂缝形成与侵彻体参数、装药量等多个因素相关。对有限尺寸的混凝土基座，大锥角药型罩的聚能装药破碎范围和程度的综合效果较佳，EFP药型罩虽然侵彻能力最弱，爆破作用后混凝土残留高度较大，但在侵彻深度范围内的破碎能力最强。研究不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的爆破效应为毁...     

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。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

半球形聚能装药对复合靶板结构的毁伤数值仿真与试验研究

针对建立的复合靶板结构缩比模型,基于多物质流固耦合算法,采用AUTODYN软件模拟了半球形聚能装药对复合靶板结构的毁伤过程,并与试验数据进行比较,发现结果吻合良好。分析了聚能装药对非耐压壳板及耐压壳板的毁伤特性,并进一步研究了其对后效靶板的破坏形式,旨在为聚能型水中兵器对双层壳体潜艇结构的毁伤评估以及潜艇的抗冲击设计提供参考。     

线型聚能切割器水下切割钢板性能的数值模拟研究

借助ANSYS/LS-DYNA软件对线型聚能切割器水下切割钢板性能的影响因素进行了数值模拟研究。重点分析了水介质、有无药型罩和带有空气槽对射流侵彻靶板的特性影响。结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能;带有空气槽的切割器可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;通过对无药型罩切割器水下切割钢板的数值计算,得到的钢板侵彻深度可达15.3 mm,相比有药型罩时,无药型罩的切割深度有了很大提高,侵彻深度大约是有药型罩的3倍,接近空气中线型聚能切割器对钢板的切割深度17.2 mm。     

截顶辅助药型罩对椭球罩射流成型影响研究

为了研究截顶辅助药型罩的结构参数对椭球罩射流成型及侵彻性能的影响,运用仿真软件Autodyn-2D的Euler算法对其有限元模型进行数值模拟计算.结果表明:当辅助药型罩高度为2.5mm,直径为15mm时,截顶椭球罩形成的杆式射流具有最优的形态及侵彻性能,使用优化后的辅助药型罩结构侵彻混凝土靶板时,头部速度提升23.9％...     

爆破振动峰值速度计算的优化研究

基于非线性数值分析思想,提出一种提高爆破振动峰值速度计算精度的方法,并借助MAT-LAB编程对其内部参数进行拟合求解。工程实践证明,此种优化方法明显优越于传统的萨道夫斯基经验公式和线性分析方法修正的萨氏公式,使爆破预测精度得到提高,进而为工程的防震减灾提供了更加可靠的依据。每个工程场地都存在一个最佳的装药量与爆心距指数比,建议修正《爆破安全规程》(GB6722-2003)所采用的萨氏公式中装药量与爆心距之间固定指数比的规定。此外,文中提出了一个适用于多排孔延时爆破振动速度预测模型的依据公式。     

含能射孔弹双层药型罩穿孔性能研究

含能射孔弹药型罩主要采用含能材料压制的单金属药型罩,该弹穿深性能低。而双层含能射孔弹内层采用高钨配方,外层采用含能材料,既提高了穿深性能,又清洁了孔道。本文中,设计了一种新结构的压罩模具,成功压制了双层药型罩,打靶结果为双层药型罩射孔弹的穿深为695 mm,单金属药型罩为400 mm,双层药型罩的穿深比单金属药型罩提高73.8%,表明与单金属含能射孔弹相比,双层含能射孔弹有明显的优势。     

一种新型聚能破甲战斗部及其发展趋势探讨

针对当前以单罩聚能效应为主的聚能破甲战斗部，提出一种新型多罩复合聚能装药结构，探讨了其成型机理和联合破甲原理，系统研究了主要装药结构参数对破甲效果的影响。实验结果表明，该聚能装药结构比EFP装药结构，在保持穿孔孔径相当和同等装药条件下，可以提高穿深50%左右。在此基础上，进一步提出反反应装甲目标新型聚能装药结构，深化了聚能效应的内涵，丰富了打击目标的手段。     

低密度射流对带壳炸药穿而不爆数值研究

基于用低密度射流对付带壳炸药,使其穿而不爆,从而为后级主射流侵彻主目标清除障碍的设想,提出了用低密度材料作为成型装药药型罩材料。利用有限元AUTODYN-2D程序对该药型罩形成聚能射流进行了数值模拟,并对射流侵彻不同面板、背板以及夹层炸药厚度的带壳炸药时,夹层炸药是否起爆进行了对比分析。结果表明:夹层炸药穿而不爆的压力阈值为7.09GPa,冲击起爆的压力阈值为8.02GPa。     

等壁厚球缺形装药结构优化设计?

针对串联战斗部前级装药兼顾侵深与开孔的要求,采用正交试验的极差分析方法,结合射流成型及侵彻钢靶的数值仿真结果,分析药型罩结构参数对于杆式射流侵彻性能指标影响的主次顺序,发现当相对壁厚值为3.4%时,侵彻深度达到最大。找到了一定侵彻深度条件下(1.7D),开孔能力最佳的等壁厚球缺罩结构参数的最佳组合(h=0.045D,r_1=0.579D)。简单提出了等壁厚球缺罩的设计方法,并进行了侵彻钢靶的静爆试验。数值模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果为聚能装药技术的进一步研究提供了参考依据。     

低密度射流对带壳炸药穿而不爆数值研究

基于用低密度射流对付带壳炸药,使其穿而不爆,从而为后级主射流侵彻主目标清除障碍的设想,提出了用低密度材料作为成型装药药型罩材料。利用有限元AUTODYN-2D程序对该药型罩形成聚能射流进行了数值模拟,并对射流侵彻不同面板、背板以及夹层炸药厚度的带壳炸药时,夹层炸药是否起爆进行了对比分析。结果表明:夹层炸药穿而不爆的压力阈值为7.09GPa,冲击起爆的压力阈值为8.02GPa。