钛合金板抗12.7mm穿甲燃烧弹倾角效应试验研究

采用12.7 mm穿甲燃烧弹对水平厚为25.5 mm的Ti-6Al-4V钛合金板进行倾角效应试验,以研究钛合金板倾角对其防护能力的影响。采用等重钢总穿深的方法考核其抗弹性能。结果表明:钛合金板抗小口径枪弹(12.7 mm穿燃弹)倾角效应的基本规律呈现正效应,对于水平厚为25.5 mm的钛合金板,其跳弹角为62°。     

陶瓷/铝合金复合靶板不同倾角抗弹性能试验研究

采用12.7mm穿燃弹,进行陶瓷/铝合金复合靶板在不同倾角下的侵彻试验,研究靶板倾角对抗弹性能的影响。结果表明:随着倾角的增大,靶板的局部防护系数单调增加,表明防护能力在增加;陶瓷面板与背板粘合后靶板的局部防护系数显著高于面板与背板未粘合的情况。     

倾角效应对高强度钢板抗弹性能的影响

选择53式7.62 mm普通弹和53式7.62 mm穿燃弹两种弹型,对不同厚度的高强度马氏体均质钢板和有孔结构钢板进行抗弹性能试验。研究对应不同的弹丸类型和钢板结构时,倾角效应对抗弹性能的影响。结果表明,53普通弹和53穿燃弹冲击时,倾斜角增大,均质钢板抗弹性能均提高。钢板防护53普通弹时的抗弹性能对倾斜角不敏感,而钢板防护53穿燃弹时的抗弹性能对倾斜角敏感。弹丸以跳飞角入射时,钢板防护53普通弹和53穿燃弹的临界厚度基本相当。有孔结构钢板在大角度倾斜抗弹时,抗弹性能较好;在垂直抗弹时,孔结构导致的边缘效应明显降低钢板的抗弹性能。     

靶板厚度对12.7 mm穿燃弹剩余速度和断裂特性的影响

为了获得12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi钢板的剩余速度和断裂特性,开展了12.7 mm穿燃弹侵彻不同厚度30CrMnSi靶板的试验研究,分别利用激光测速和测速靶测量了弹心穿靶前后的速度,通过改变靶厚获得了12.7mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的极限穿深。然后使用LS-DYNA动力学软件,利用FEM网格与SPH粒子相结合的数值模拟方法对12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi靶板的过程进行了仿真计算。最后利用穿甲力学理论对穿燃弹的侵彻深度、剩余速度和不同厚度靶板的弹道极限进行了理论计算。结果表明：弹心剩余长度随着靶板厚度的增加而增加,弹心的侵蚀区域由弹身部位逐渐向弹尾移动,弹性区域逐渐扩大,并且随着靶板厚度的增加,靶板的弹道极限也随之增加,弹心侵彻靶板后的剩余速度逐渐降低,根据理论计算,12.7 mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的理论侵彻深度约为27.7 mm,与试验结果相符。     

钛合金板抗12.7mm穿甲燃烧弹厚度效应试验研究

采用12.7 mm穿甲燃烧弹对不同厚度的Ti-6Al-4V钛合金板进行厚度效应试验,研究钛合金板厚度对其防护能力的影响。采用等重钢总穿深及防护系数的方法考核其抗弹性能。结果表明,钛合金板抗小口径枪弹(12.7 mm穿燃弹)板厚在10~30 mm间厚度效应呈现正效应。     

陶瓷复合装甲不同区域抗弹丸穿甲能力试验研究

为优化设计陶瓷/高强钢/铝合金复合装甲板,研究了陶瓷/钢/铝合金复合结构中陶瓷面板不同区域抗12.7mm穿甲子弹垂直侵彻的性能。通过弹道试验得到装甲的垂直穿深、钢背板的变形和穿孔模式等。结果表明,弹着点对靶板抗弹机理有重要影响,弹着点在中心区和偏心区时,可以形成陶瓷锥,粉碎区完整;当弹着点在边界区时不能形成陶瓷锥,靶板的抗弹能力显著下降。     

不同约束面板的陶瓷复合靶抗弹性能试验研究

在陶瓷靶前加约束面板的情况下,变换面板的材质,分别用两种高硬度钢和一种装甲铝合金作为约束面板。采用14.5mm口径弹道枪发射14.5 mm穿燃弹进行靶试,比较不同材质约束面板对靶板整体抗弹性能的影响。研究结果表明:装甲铝合金作约束面板时抗弹性能比两种装甲钢都好,装甲钢1稍逊于装甲钢2。     

纤维层厚度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

用12.7mm穿燃弹对几种不同厚度玻纤布配置的陶瓷复合靶板进行垂直侵彻试验,以研究陶瓷复合靶板面基板间纤维层厚度对靶板抗枪弹性能的影响。试验以有效弹速下弹丸对靶板的总穿深作为靶板抗弹性能的衡量指标,作以比较。试验结果表明,随面基板间玻纤布的厚度增加靶板防护能力降低。从应力波、约束机制、背强效应等方面对其原因作了分析。     

孔结构间隙复合装甲位置效应研究

试验采用12.7mm穿燃弹,研究不同结构的穿孔结构装甲抗穿甲规律。采用残余穿深法评估穿孔结构装甲的抗弹性能。研究结果表明:不同位置时,穿孔结构装甲抗穿甲弹能力差别极大。着弹点在孔部位时,高抗弹性能不起作用;着弹点在孔边缘部位,穿孔结构具备较高的抗弹性能。     

不同背板对陶瓷复合装甲抗弹性能影响的研究

用12.7mm穿燃弹对几种不同背板的陶瓷复合装甲进行了实弹射击试验,以研究复合装甲中陶瓷与背板组成的界面对其抗枪弹性能的影响。试验中在有效弹速下,以弹丸在后效板上的垂直残余穿深来作为衡量陶瓷复合装甲抗弹性能的指标。陶瓷复合装甲由Al2O3陶瓷层和不同密度的均质材料组成。根据试验结果及对其的分析讨论,看出随着背板材料声阻抗的提高,界面阻止弹丸侵彻的能力也是降低的。     

钨合金长杆体垂直侵彻半无限厚钢靶的非相似材料模拟

从长杆体侵彻半无限钢靶的简化力学模型出发，根据影响侵彻宏观效果的主要物理参量，获得了侵彻效果非相似材料模拟的相似律．模拟分析和模型、原型的实验证明，在几何相似的条件下Ｈ６２黄铜杆侵彻ＬＹ１２半无限厚铝靶在侵彻深度方面与９３Ｗ钨杆侵彻３８ＣｒＭｏＡｌＡ钢靶是相似的．     

低侵彻陶瓷枪弹对航空有机玻璃的侵彻性能分析

为了改善常规枪弹杀伤过剩,在9 mm手枪基础上使用陶瓷枪弹进行试验,研究了陶瓷枪弹侵彻航空玻璃,并进行了结果分析。运用LS_DYNA有限元软件,对不同速度的低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃进行数值模拟,对比弹头的破碎效果和对航空有机玻璃的毁伤效果,分析低侵彻陶瓷枪弹的破碎性能和对航空有机玻璃的侵彻威力。研究结果表明:低侵彻陶瓷枪弹具有良好的破碎性能,速度对低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃的毁伤效果影响很大,存在充分发挥低侵彻陶瓷枪弹能力的速度区间。     

两种非圆截面弹芯的侵彻性能研究

对两种同长度、同质量、同密度的非圆截面弹芯的侵彻性能进行了研究。结合弹芯侵彻靶板试验,建立了三维有限元计算模型。为了分析弹丸侵彻过程中一些重要参数变化规律,计算了不同初始速度时弹芯的侵彻深度,并给出随入射角不同,两种截面弹芯侵彻靶板莳深度变化。计算结果表明：在相同条件下侵彻深度随速度的增加而增大;相同速度下侵彻深度随入射角的增大而减小,在角度增大到某一定值时子弹跳飞。数值结果与试验结果吻合较好。对非圆截面弹芯的设计有一定的参考价值。     

基于反向传播神经网络的陶瓷损伤参数反演分析

陶瓷材料冲击加载条件下的损伤累积过程伴随着裂纹扩展、体积膨胀等因素,为准确获取陶瓷损伤参数,以钨合金球弹丸高速撞击陶瓷复合装甲的侵彻深度实验为基础,获得了陶瓷面板破碎情况。根据现有文献\[14\]数据中陶瓷材料JH-II本构模型的损伤参数范围,确定了反向传播(BP)神经网络的样本点;采用有限元分析软件AUTODYN对所有样本点的侵彻过程进行数值模拟,结合仿真和实验数据完成了BP神经网络模型的建立和TiB₂-B₄C复合材料损伤参数的反演。仿真结果和实验侵彻深度、回收陶瓷面板的损伤比对,充分验证了所建立的BP神经网络模型对陶瓷损伤参数反演的有效性。     

射流侵彻水夹层间隔靶的理论和实验研究

为得到聚能射流侵彻水夹层间隔靶规律,选取50 mm口径聚能装药对水夹层间隔靶(2 mm×4 mm钢靶板+100 mm水夹层)的侵彻过程进行了理论和实验研究。结合准定常侵彻理论和数学归纳法建立了射流侵彻水夹层间隔靶理论模型,得到了射流头部速度与侵彻距离之间的关系。为验证理论模型,用脉冲X光和计时仪获得了多个侵彻阶段的射流头部速度。通过模型分析了水夹层间隔靶结构对射流剩余头部速度的影响。结果表明:建立的理论模型正确,由其得到的射流穿过水夹层间隔靶后的剩余头部速度理论值与实验值平均误差为4.6%;当靶板厚度小于20 mm,且水夹层间隔小于150 mm时,水夹层间隔靶对射流头部速度的衰减效率较高。     

弹头角速度与侵彻倾角对铝合金薄板损伤分析

快凝耐热铝合金已广泛应用于水陆两栖装甲车与轻型装甲侦察车车身等结构,由于车身铝合金材质的薄弱部件易受子弹撞击,导致车身关键部位所受损伤与破坏问题较为严重,因此有必要对铝合金薄板被子弹击穿时的损伤特性开展研究。本文通过ABAQUS仿真平台建立铝合金薄板与子弹弹头的显式动力学模型,研究了7.62 mm与9 mm两种不同口径的子弹弹头侵彻倾角、弹头自身角速度等参数对高强度铝合金薄板的损伤特性。结果表明:在相同侵彻倾角与子弹初速与角速度的情况下,9 mm子弹弹头对铝合金薄板造成的损伤程度更大,使薄板受到更大冲击; 7.62 mm子弹弹头对铝合金薄板的侵彻力度更大,有更好的贯穿特性; 随着子弹角速度的增加,两种型号子弹弹头对铝合金薄板破坏程度先增大后减小,角速度为2 000 rad/s时达到临界值; 侵彻倾角影响矩形模板破坏程度,但该影响存在临界值,到达临界值前,子弹穿透能力较小; 到达临界值后,继续增大倾角不再增大穿透能力; 同时随着倾角的增大,9 mm子弹弹头对铝合金薄板生成的动能总体均先增大后减小,倾角为45°时对矩形模板产生的动能最大。     

双层金属靶板耗散刚体侵彻动能ALE算法分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对双层6 mm厚4340钢板、双层6 mm厚7039铝合金板、6 mm厚7039铝合金板+6 mm厚4340钢板、6 mm厚4340钢板+6 mm厚7039铝合金板4种组合设计的双层金属靶板经受刚体侵彻之后的动态响应试验进行数值模拟。运用ALE算法比较了不同组合设计的双层金属靶板Von Mises应力分布和侵彻刚体弹动能耗散。结果表明:冲击载荷作用下双层6 mm厚4340钢板的动能耗散能力最优,6 mm厚4340钢板+6 mm厚7039铝合金板次之,双层6 mm厚7039铝合金板最弱。以6 mm厚的4340钢板为面板和以6 mm厚的7039铝合金板为背板组合比以6 mm厚的7039铝合金板为面板和以6 mm厚的4340钢板为背板组合耗散子弹的动能高23%。     

破片侵彻戴防弹头盔头部靶标钝击效应数值模拟

为研究低速破片对于佩戴防弹头盔的人体头部靶标的杀伤效应,基于枪弹侵彻防弹头盔的3D-DIC试验和和头部撞击试验验证复合材料头盔仿真模型和头部有限元模型的准确性,构建6 mm钢球破片侵彻戴防弹头盔人体头部靶标的数值模型,开展破片从正面、侧面和顶部3个方向的侵彻效应数值模拟。研究结果表明：当破片以600 m/s的入靶速度侵彻时,正面、侧面和顶部侵彻弹着点处的瞬态鼓包高度分别为10.2 mm、11.3 mm和11.5 mm,表明有头部支撑头盔的情况下破片侵彻造成的背面鼓包高度接近;正面侵彻过程弹着点底部颅骨应力最大,侧面侵彻颅骨弹着点底部应力最小,破片侵彻造成的颅骨应力均不会超过损伤阈值,表明低速破片侵彻不会造成颅骨损伤;正面、侧面和顶部侵彻造成的颅内压峰值分别为495 kPa、110 kPa和327 kPa,表明在破片侵彻中侧面的防护效果最好,正面和顶部的颅内压峰值可以造成脑损伤。