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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

高超声速钻地炸弹侵彻深度计算方法

高超声速钻地炸弹的巡航速度大于5 Ma,为保证着靶侵彻过程弹体结构完整,其着靶速度通常小于5 Ma。对于在3～5 Ma范围内的钻地炸弹打击,既有混凝土结构防护侵彻深度设计方法不能涵盖上述速度范围的计算问题。依据已有研究基础,阐明了该速度范围钻地弹侵彻介质的拟流体特性,提出了高超声速刚性钻地炸弹侵彻介质拟流体模型,明确了弹靶作用阻抗函数与拟流体内摩擦性状的关联,据此建立了高超声速炸弹侵彻深度计算方法。通过与已有实验结果对比分析,表明该方法具有可信性。     

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。     

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.     

动能弹垂直侵彻混凝土的实验研究及其数值模拟

选用H—J—C模型和Johnson—Cook模型分别作为混凝土材料和弹丸的本构模型．以直径为30mm卵形弹丸冲击侵彻混凝土的过程为研究对象,利用有限元分析软件LS—DYNA进行动能弹侵彻半无限厚混凝土靶的数值模拟。通过与实验结果的对比分析证明,文章选用和建立的本构模型、计算模型及其参数可对动能弹侵彻混凝土介质的破坏效应进行较为准确的模拟,其计算误差不超过5％。     

动能弹侵彻多介质组合靶的数值模拟研究

使用有限元程序对动能弹侵彻多介质组合靶问题进行了数值研究,分析了入射倾角(0°～70°)和攻角(-3°～3°)等因素对侵彻轨迹的影响规律.研究结果表明,随着入射倾角或攻角的增加,侵彻深度减小;对于文中指定的弹靶系统来说,入射倾角每增加1°,侵彻深度减少约1.8cm,而攻角每增加1°,侵彻深度减少约6.8cm.另外,对大...     

高速侵彻弹弹头结构设计探索

高速弹体侵彻过程中,弹体的分段设计以及弹体头部的自锐化效应有利于提高弹体的侵彻性能。本文探讨了弹头分层结构设计,其间接反映了分段设计和自锐化效应的影响;同时,采用二维拉格朗日弹塑性流体力学有限元程序LTZ-2D数值模拟了弹体的高速侵彻过程。计算结果显示,弹体头部采用分层结构设计有利于提高弹体的侵彻性能。     

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。     

弹体在土壤中运动规律的数值模拟分析

文中用ANSYS／LS-DYNA3D程序对弹体以不同入射角方向侵彻土壤的过程进行有限元数值模拟，分析弹体在土壤中位移、速度和加速度等变化情况，得到弹体在土壤中的相关运动规律，为地下军事工程设施的修建和防护提供参考。     

Coupling of smoothed particle hydrodynamics and finite element method for impact dynamics simulation

This paper presents an alternative method for coupling smoothed particle hydrodynamics (SPH) and finite element method (FEM) in a Lagrangian framework. The attachment and contact between SPH particles and finite elements are calculated. FE nodes are added to the SPH neighbor list for the attachment, and the continuity of the interface is guaranteed. The contact force on SPH particles and FE nodes is calculated with the same approach used in SPH particle to particle contact algorithm, and the identification of the contact surface and the surface normal is not required. Background particles are assigned in the position of FE nodes to facilitate particle approximation. The perforation of a cylindrical Arne tool steel projectile impacting a plate Weldox 460 E steel target is simulated in 3D to demonstrate the performance of the SPH-FEM coupling algorithm. The coupled computational model of viscoplasticity and ductile damage and Gruneisen EOS are used for the target plate. A particle-kill algorithm is used to invalidate the damage particles. Good agreement between the numerical simulations and the experimental results is obtained, and the ballistic limit velocity obtained from the SPH-FEM coupling algorithm gives a deviation of 2% from the experimental data.     

钻地弹侵彻岩石深度计算新原理与方法

 根据短波与岩体的内摩擦模型,利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的连续运动规律,得到岩体对弹体的侵彻阻抗;通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,揭示侵彻与贯穿问题的比例尺度关系的规律,最后,推得弹体侵彻过程中的参数及侵彻深度计算新公式。通过现有的经验公式计算结果对比验证本公式的可靠性。     

锚固岩体抗侵彻分析模型

目前对岩体介质抗侵彻方面研究文献资料较多,但尚无弹丸侵彻锚固岩体的理论计算公式或经验公式,本文在球形空腔膨胀模型的基础上,利用球形空腔膨胀模型计算岩石介质对弹丸的侵彻阻力,计入了弹丸直接与锚固岩体中锚杆发生碰撞的侵彻阻力,并将弹丸侵彻过程中岩石介质和锚杆侵彻阻力进行叠加,建立了弹丸垂直侵彻锚固岩体的工程分析模型。与单一空腔膨胀模型和试验数据进行对比后,模型计算结果与模拟试验结果基本一致,表明了研究具有一定的理论意义和工程适用价值。从而为洞库等地下防护工程设计及其加固改造提供理论研究方法和技术支持。     

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。     

弹丸对混凝土薄板的冲击破坏效应

介绍高速弹丸冲击混凝土薄板后所产生的贯穿破坏效应,通过模型试验、数值模拟和量纲理论分析,取得了三者吻合较好的结果,并导出了计算弹丸穿透混凝土薄板后残余速度的经验公式。通过弹丸撞击有限厚度钢筋混凝土靶板的模型试验,获得了有关靶板冲击破坏的宏观图象及弹丸贯穿靶板后的残余速度。介绍了非线性三维动力有限元程序和混凝土材料的脆性损伤模型,对弹丸冲击效应试验中的靶板破坏过程进行了数值模拟,通过数值模拟计算,形象地再现了弹丸高速冲击作用下,钢筋混凝土靶板发生贯穿破坏的物理过程,数值模拟结果与试验中靶板的实际破坏图象十分吻合。通过量纲分析,得出了描述钢筋混凝土板冲击破坏效果各参数之间的无量纲关系,利用现场试验数据进行回归,导出了贯穿条件下的弹丸余速计算公式。