弹体高速侵彻岩石效应试验研究

为研究高速动能弹在岩石中的侵彻效应,在高速弹道炮上进行弹体对岩石靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹体速度为1 450 m/s,得出侵彻深度与侵彻速度之间的关系,并建立弹体速度不大于弹体极限速度时弹体侵彻深度的经验公式,该公式与试验结果具有良好的一致性.同时,分析模型试验靶体破坏情况,对于一定尺寸的弹体和靶体,不同弹体速度将产生不同的靶体破坏类型.研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、侵彻极限速度和质量损失等问题,分析影响弹体极限速度和质量损失的相关因素,可对高速动能弹侵彻岩石的侵深、加速度和质量损失等主要参数进行评估,为弹体战斗部和防护工程的设计提供有力的参考.与在混凝土靶体上的高速侵彻试验进行对比,说明无风化的硬质岩石可以作为良好的防护工程材料.     

超高速长杆弹对岩石侵彻、地冲击效应理论与实验研究

针对超高速动能弹侵彻、地冲击效应研究现状,指出超高速对地打击效应研究中存在的问题。利用流体弹塑性内摩擦侵彻理论对流体动力模型进行研究,阐明超高速动能弹与常规钻地弹侵彻的本质联系与区别,界定超高速侵彻速度内涵范围。研究表明:随弹体侵彻速度增加,靶体介质发生了从弹塑性状态–内摩擦拟流体–流体动力状态的转换,从而呈现出弹体质量磨蚀作用所致的侵彻深度逆转、弹体侵蚀作用所致侵彻深度趋向极限等超高速侵彻特征力学现象。此外,还给出岩石中超高速侵彻深度、成坑范围计算方法和公式。     

弹体高速侵彻岩石靶体深度计算

为研究弹体高速侵彻岩石靶体的侵彻机制转化规律,利用二级轻气炮开展了着靶速度1 100~1 780 m/s的模型试验,得到了弹体的质量损失规律,以及侵彻深度与侵彻速度之间的关系。试验结果表明,弹体对岩石类靶体的侵彻机制随撞击速度的增加会发生转化,由刚体侵彻转变为半流体侵彻,进入半流体侵彻阶段后弹体侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量理论模型结合BLZ公式的侵彻阻抗推导出考虑质量损失的弹体高速侵彻深度计算公式。将2个阶段的理论计算结果与侵彻试验数据进行了对比验证,侵彻深度和弹体质量变化规律均吻合较好,能够反映出侵彻机制的变化规律。     

BLU-109B模型弹在岩石介质中成坑效应试验研究

国外防护工程设计规范中基本上采用经验法评估各种弹体对岩石介质的毁伤问题,而在我国现行规范中尚未涉及该方面的问题。根据相似准则建立弹坑比例半径同弹体侵彻深度和弹体装药参数的函数关系。通过试验和数据回归分析给出BLU–109B钻地模型弹在岩石介质中爆炸成坑的经验公式,并根据试验结果总结出了同等介质条件下弹速和装药对弹坑半径、弹坑深度及弹坑体积的影响曲线。试验结果表明：弹坑半径大小主要取决于弹速、装药量和岩石介质力学性能。在靶体相同和同等装药条件下弹速是毁伤岩石的主要因素。当弹速低于450 m/s时,弹坑半径大小主要取决于侵彻弹坑半径;当弹速超过450 m/s时,弹坑半径的大小将取决于装药爆炸后所形成的弹坑半径,弹坑体积将随之迅速增加。     

超高速弹对花岗岩侵彻深度逆减现象的理论与实验研究

利用100/30 mm二级轻气炮开展1.2~2.4 km/s着速下卵形长杆高强钢弹对花岗岩的侵彻效应实验研究,获得弹/靶宏观破坏形态,测量侵彻深度和侵彻后弹体回收质量等参数。实验结果表明:随着侵彻速度增加,侵彻深度呈现先线性增大后急剧降低再缓慢增长的三段式变化趋势,分别对应于3种不同的侵彻机制——刚性侵彻,半流体侵彻和流体侵彻。结合半流体侵彻阶段弹体半径微增而弹体质量骤减的实验现象,提出考虑弹体质量损失的侵深计算模型,并与实验结果相印证;分析弹体质量损失对弹体侵彻过程的影响,揭示超高速弹对花岗岩侵彻深度逆减现象的内在机制。     

长杆弹对岩石靶的侵彻分析

采用统一强度理论作为岩石材料的屈服准则,建立了长杆弹垂直侵彻岩石靶体的柱形空腔膨胀模型,给出了卵形长杆弹侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以450～1400m/s的速度撞击岩石靶体的侵彻深度,并和试验结果进行了比较。分析了统一强度理论参数b对侵彻深度的影响。     

细长弹侵彻防护工程材料靶体的试验和理论研究

通过大量模型试验、近似分析方法和数值模拟3种研究途径，对细长弹侵彻防护工程材料靶体的效应进行了较系统的研究。分析了细长弹侵彻防护工程材料靶体的侵彻机理和破坏效应、细长弹侵彻靶体中的应力波的传播规律，给出了适用的细长弹侵彻深度预估公式和方法。     

弹体侵彻靶体的弹道轨迹预测分析

现代战争对弹体在侵彻靶体过程中运动轨迹的准确性和可预测性提出了较高的要求,以试验为主的传统方法和纯粹的数值模拟方法均不能对预测弹体在深层侵彻过程中的运动与相关设计提供有效的方法。本文详细阐述了基于弹靶分离方法程序的发展现状,进而解释了弹体与靶体介质分离的方法,描述了建立弹体在靶体介质中运动、变形及磨损的理论框架和开发方案。建立了一种包含经验公式、理论方法及数值模拟的分析方法,从而能够对弹体的深层侵彻过程进行快捷、有效及准确的预测,为弹体设计及防护工程设计提供有效的工具,为军事打击效果评估提供实时数据。     

含高强RPC球柱的复合遮弹层偏航试验研究

在现代战争条件下,防护工程面临的威胁越来越大.研制出一种表面含高强RPC(Reactive Powder Concrete活性粉末混凝土)球柱偏航层的钢纤维RPC靶体,对靶体进行了抗侵彻试验研究.对试验结果从弹体偏转角、弹体破坏情况进行了分析,并用经验公式进行了比较.结果表明本复合遮弹层具有优良的偏航效果,在防护工程中将有着广阔的应用前景.     

超高速侵彻及地冲击效应试验技术与应用

针对超高速侵彻、地冲击效应量测中应力波频率高、发散性强、信号弱等问题,基于已建成的二级轻气炮试验平台,自主研制了与之配套的系列试验系统和试验技术,探讨其测试原理、能力和适用范围;同时对系列典型材料开展了超高速侵彻、撞击和地冲击试验,证实了所研发试验技术和量测系统的有效性。通过超高速侵彻大理石靶体试验,成功获取了弹速和成坑参数,在1 200～2 300 m/s范围内观察到侵深逆减现象,反映出侵彻机制由刚性侵彻向拟流体侵彻的过渡;通过花岗岩和中厚陶瓷超高速撞击试验,分别研究地冲击应力和自由面粒子速度的演化过程,得到了应力峰值的幂指数衰减规律。     

素混凝土与钢筋混凝土的抗侵彻行为及等效关系

采用25mm滑膛炮对2种靶体介质进行正侵彻试验,获得了着靶速度、侵彻深度、开坑直径以及开坑深度等参数.结果表明:侵彻深度随着钢筋混凝土配筋率的提高而略有降低,钢筋的掺加有利于提高靶体的抗侵彻能力;钢筋混凝土比素混凝土抗侵彻能力强,有较强抗2次打击的能力.利用DYNA软件模拟了当弹体以相同的着靶速度贯穿素混凝土靶和钢筋混凝土靶的过程,得到2种靶体抗侵彻能力的等效关系.     

高强混凝土介质侵彻系数计算方法

侵彻深度是防护工程设计的重要参考指标,国内现行规范中仍然采用别列赞侵彻计算公式,而混凝土介质侵彻系数大多是通过弹体侵彻低强度混凝土靶体得到,无法准确预测弹体侵彻高强混凝土深度.采用数值模拟和试验数据分析相结合方法得到高强混凝土介质侵彻系数,并通过不同形状弹体进行验证.结果表明:计算结果与数值模拟计算结果整体吻合较好,给...     

网格对动能弹侵彻有限厚钢筋混凝土靶板数值模拟的影响

为研究网格大小对侵彻数值模拟结果的影响,设计7种计算方案,采用LS-DYNA有限元计算软件对动能弹侵彻有限厚钢筋混凝土靶板实验进行数值模拟与分析,得到了不同ζ值下(弹丸半径与靶体网格之比)弹体剩余速度、弹体侵彻过载及钢筋混凝土靶板损伤结果.通过数值模拟与实验结果对比分析确定,为得到比较理想的结果,在建立模型时靶板网格的ζ值不宜小于2.6.     

弹体侵彻岩体效应试验与理论研究

研究弹体在现场岩体中的侵彻效应对地下防护工程建设和武器战斗部设计都具有重要的现实意义,对弹体过载特性研究,不仅对钻地武器战斗部设计尤为重要,而且对全面认识侵彻过程中弹体的运动规律和与岩体的相互作用规律都有很大帮助.为了研究弹体侵彻岩体过程中的过载特性,开展了( 100 mm和( 300 mm弹的侵彻岩体试验,试验中测量得到的弹体过载曲线表明,在侵彻岩体过程中,弹体过载可以分为3个阶段:过载迅速增大阶段、过载稳定并缓慢减小阶段和过载迅速减小阶段.弹体侵彻岩体过程中在侵彻深度达到4倍的弹体半径时,受到的过载最大;弹体在侵彻过程中由于受到应力波的作用,弹体头部处的岩体受到损伤使其阻滞弹体侵彻的能力下降.根据所获得的试验结果并结合国外试验数据,提出一个新的岩体侵彻深度计算公式.计算结果表明,在一定范围内该公式的计算精度不低于著名的Young公式.针对试验结果,采用数值计算方法进行了模拟,计算结果与试验结果基本一致.     

钻地武器侵彻岩石滑动摩擦系数影响及计算研究

根据岩石介质在钻地弹侵彻时所产生的变形和破坏现象,将弹体侵彻近区分为破坏区和弹性区以及裂纹区,利用内摩擦介质侵彻近区运动学方程式,考虑弹体在岩石介质中的滑动摩擦系数,求得弹头阻力。同时,引入质量守恒方程,得出弹体的比例尺度换算关系。再根据牛顿运动定律建立弹体的运动方程,得到侵彻深度表达式,结合经验公式的试验深度,近似得出弹体在岩石介质中滑动摩擦系数的计算表达式。计算表明,滑动摩擦系数选取对钻地弹侵彻深度有较大影响,进而分析了弹体改变对滑动摩擦系数的影响。通过与经验公式的对比验证,说明本文岩石中滑动摩擦系数计算公式具有很好的精确性、实用性,为弹体战斗部的设计提供了有力的参考。     

高速弹体侵彻覆土层混凝土介质的弹道稳定性仿真研究

基于ANSYS／LS—DYNA对高速弹体侵彻覆土层混凝土介质的弹道稳定性进行了仿真研究。模拟不同入射条件下高速弹体对覆土层混凝土介质的侵彻过程;根据不同的初速、入射角、攻角以及不同质心位置的高速弹体侵彻现象进行分析,得出各种因素对侵彻过程中弹体运动稳定性的影响规律;分析了界面效应对侵彻过程的作用效果。     

高强钢弹对花岗岩正侵彻的实验研究

在压缩气体炮上开展了系列高强钢弹对花岗岩正侵彻的模型实验,获得了侵彻深度与侵彻速度的关系,建立了可用于高强度岩石侵彻深度预测的经验公式,该公式与实验结果一致性良好。同时,分析了模型实验靶体横向尺寸效应,对于一定尺寸的弹、靶体,存在确保数据有效的侵彻速度上限;估算了侵彻时靶体强度,侵彻时花岗岩强度高出其单轴抗压强度好几倍;采用能量守恒原理估算了侵彻过程中平均减速度,与数值模拟结果一致性良好;在材料试验机上开展了静态侵彻实验,静态侵彻未能实现深侵彻,这说明碰撞产生的应力波是实现深侵彻的关键因素。     

弹体与堆垛式矢量防弹导偏结构碰撞模型分析与导偏后效研究

为破解多层战场设施防侵彻武器打击难题,研究提出非固定的堆垛式矢量防弹结构,这种结构可将垂直贯入的弹体导偏,使其碰触楼盖时产生攻角,有效降低弹体侵彻楼板的层数。同时,只要几何形状和堆垛方式合理,可控制弹体偏离方向,大大减少侵彻爆炸对设施本身及周围其他目标的毁伤。针对导偏弹道参数和侵彻楼板层数的计算,提出了弹体与堆垛式矢量防弹结构碰撞分析方法,给出了数理模型,可为终点弹道预测、毁伤评估和安全措施制定提供定量依据。数值仿真证明堆垛式矢量防弹结构的设置可使命中建筑物中心的侵彻弹很快偏离目标,显著降低弹体侵彻楼板层数。     

高楼灭火弹对高层建筑玻璃的侵彻仿真

为验证弹体能否有效侵彻高层建筑玻璃顺利进入火场,建立了高楼灭火弹侵彻玻璃的有限元模型,基于LSDYNA软件分别实现了在不同工况下弹体对普通双层玻璃和带镀膜的中空玻璃两种高楼建筑玻璃侵彻过程的仿真及弹体强度分析。仿真结果表明:弹体在1 000μs左右完成了对双层玻璃的主要侵彻;弹体在侵彻中空玻璃靶时,速度在前2 000μs有明显下降,之后受镀膜的阻滞作用,速度始终保持着一定的下降量。所设计弹体结构的强度满足要求,能够有效击穿高层建筑专用玻璃。     

三角孔混凝土结构抗弹体冲击分析

弹体偏航时弹体的速度方向发生了变化,除了结构表面形式能够影响弹体速度方向,结构内部空间的变化也可以达到这种效果。对三角孔混凝土结构这一特殊结构形式的抗弹性能和致偏效应进行了分析,利用工程常用混凝土材料,开展致偏弹体的工程结构单元的数值仿真研究。通过多种弹着点工况弹体撞击该结构单元的数值模拟,得出该类结构的典型毁伤模式。另外,针对典型致偏工况进行正交分析,得出了不同弹速、不同强度弹体入射情况下,弹体侵彻深度和偏转角度变化规律。对于多结构单元组合放置的工况开展数值模拟,比较了典型致偏工况下,多个结构单元组合对致偏效应的影响。