杆式动能弹斜侵彻横向运动靶板影响因素的数值模拟

利用LS-DYNA3D有限元软件对钨合金长杆弹斜侵彻运动靶板进行了数值模拟研究,从长杆弹剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了动能弹体斜侵彻横向运动靶板的能力。从中得出了弹体的变化规律和靶板的物理图像,结果表明:长杆弹初速度及长细比、靶板运动方向及速度、靶板的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响。     

侵彻角对杆式射流侵彻移动靶板影响的数值模拟

为了为反深侵彻钻地武器的设计提供参考,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了不同侵彻角下杆式射流侵彻不同速度移动靶板的有限元模型,并进行数值模拟.结果表明,侵彻角一定时,随靶板移动速度增加,杆式射流侵彻能力逐渐降低;当靶板移动速度不大时,杆式射流对靶板的正侵彻毁伤能力优于迎击拦截和追击毁伤能力;当靶板移动速度很大时,杆式射流对靶板的迎击拦截能力优于正侵彻毁伤和追击毁伤能力.研究结果证明破甲战斗部应用于反深侵彻钻地武器的设计上具有一定的可行性,且拦截毁伤效果较好.     

不同硬度弹丸对中厚靶板作用的试验研究

弹体材料的热处理硬度对弹丸的侵彻性能有着重要的影响。通过3种不同硬度的30CrMnSiNi2A弹丸,在低速下对船用钢板进行侵彻试验。试验结果表明:弹材硬度在HRC41~47范围内,弹头部的破碎程度随着其硬度的提高而降低;下限硬度弹丸的动能主要消耗在弹头部自身的破碎过程中,基本上不能在靶板上形成侵彻孔道;上限硬度弹丸动能主要消耗在对靶板的扩孔过程中,并且弹体的破碎主要发生在弹靶碰撞初期,当弹丸头部进入靶板后,基本不会再发生破坏,弹丸的侵彻能力也随着弹体硬度的提高而提高。研究结果可为弹靶作用分析和相关设计提供重要的参考价值。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

长杆弹超高速侵彻金属靶体的实验和模型分析

长杆动能弹体超高速侵彻金属靶板的终点效应是坦克、装甲车和舰船等装备防护设计和穿甲毁伤评估研究的重点。基于已有的大量长杆弹超高速(着靶速度达5.5 km/s)侵彻实验数据,详细讨论了弹体尺寸效应、长径比、弹靶材料和弹体头部形状等参数对长杆弹侵彻深度的影响。进一步结合4组不同弹靶材料的长杆弹侵彻实验数据,对比分析了已有4个长杆弹高速侵彻金属靶体经典理论模型的预测效果,给出了各模型的使用建议。得出的结论可供武器毁伤和金属装甲效能评估和设计参考。     

UHMWPE板对平头和卵形弹撞击试验研究

为研究超高分子聚乙烯板的抗冲击性能,以不同厚度超高分子量聚乙烯平板为靶体,用一级轻气炮分别发射平头和卵形弹开展打靶试验。通过分析靶板厚度、弹体头部形状对靶板弹道极限及能量吸收的影响,分析靶板损伤形貌及机理特征。结果表明:随靶板厚度增加,弹道极限非线性递增;弹体头部形状对弹道极限影响明显;卵形弹撞击靶板时破坏由"盘形凹陷"转为"延性扩孔"。随弹体初始动能增大,头部形状对靶板能量吸收率的影响越来越显著。平头弹侵彻靶板过程为先延性扩孔侵彻,压缩弹体前方靶材料,弹体周围剪切变形,最终形成冲塞和弹出。     

不同头部形状半穿甲战斗部侵彻薄钢板数值模拟?

为研究头部形状对半穿甲战斗部侵彻性能的影响,运用ANSYS/LS-DYNA对不同头部形状半穿甲战斗部侵彻薄钢板进行数值模拟,并分析着角与攻角对3种不同头部形状半穿甲战斗部剩余动能与弹体偏转的影响。结果表明：垂直侵彻时,卵头弹与尖头弹侵彻性能优于钝头弹,而钝头弹能使靶板产生更大的变形;斜侵彻时,着角与攻角会使弹体发生偏转,尖头弹与卵头弹侵彻性能随着角的增加而降低,钝头弹呈先增大后减小趋势,同时小角度的攻角有利于提高弹体的侵彻性能且对弹体偏转有一定的修正作用。以上结论对半穿甲战斗部头部设计、着靶姿态的确定具有一定的参考价值。     

平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理研究

为研究平头弹低速冲击下薄钢板的穿甲破坏机理,开展了一系列弹道试验。对比分析了不同初始速度下的弹体变形以及靶板破坏模式。采用非线性有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件,对弹靶作用过程进行了数值模拟。根据试验结果确定了碟形区最终变形挠度的拟合函数,在此基础上对弹体和靶板的塑性变形能进行了理论分析,同时利用能量守恒原理建立了平头弹低速侵彻薄钢板的剩余速度计算模型。结果表明：平头弹低速侵彻下会发生一定程度的墩粗变形;平头弹低速侵彻下靶材主要为拉伸与剪切混合失效,靶板相应的失效模式为带有碟形变形的拉伸与剪切混合失效模式;弹体剩余速度的理论模型与试验结果吻合较好,有效地验证了该理论模型的适用性。     

杆式动能体侵彻多层靶板数值仿真

为研究高速杆式动能体对多层靶板的侵彻毁伤过程,运用ABAQUS软件对杆式动能体侵彻多层靶板过程进行数值模拟,仿真得到不同初速的杆式动能体侵彻多层靶板历程、杆式动能体在侵彻过程的破损情况以及剩余速度。结果表明:动能体的磨损导致动能体速度降低程度先小后大,且初速高的动能体穿透相同的多层靶板后侵蚀现象更加严重,这将降低动能体的侵彻后效。     

等动能长杆弹侵彻行为的研究及优化设计

为了提高长杆弹的侵彻效率,针对长杆弹对半无限靶板的垂直侵彻行为,分析了影响侵彻深度的主要因素,并利用经验公式和商业数值软件研究了各因素对侵彻深度的影响规律和机制。研究表明:当弹体的总动能一定时,存在一个长径比、入射速度、弹体旋转速度,使得该种长杆弹的侵彻深度达到最大值,并对已知总动能的情况下如何求解和优化设计这些参数进行了说明。     

椭圆变截面弹体斜贯穿薄靶姿态偏转机理

随着新型武器平台的发展,具有良好平台适应性、高升阻比及隐身性能等特点的异形截面（椭圆形及变截面椭圆形）战斗部开始受到广泛关注。为探究椭圆变截面弹体斜贯穿薄靶机理与姿态偏转规律,对3种不同截面（圆形、椭圆形、变截面椭圆形）弹体斜贯穿双层945舰船薄钢板实验过程及结果进行整理与分析,根据椭圆变截面弹体贯穿过程、靶板破坏失效模式与弹体受力特征,将贯穿过程分为弹体头部压入阶段、弹体头部贯穿阶段、过渡阶段与弹身贯穿阶段。基于能量守恒、虚功原理分阶段分析弹体受力特征,建立弹体姿态偏转理论模型。通过对已有实验和数值模拟结果与理论模型所得结果进行对比,验证理论模型的可靠性。采用该理论模型着重讨论弹体撞击速度、初始倾角、质心位置、弹体翻滚角及椭圆截面长短轴之比等参数对椭圆变截面弹体姿态偏转的影响。结果表明：随着椭圆变截面弹体初始撞击速度的增加,弹体姿态偏转角度呈现指数型减小趋势;随着椭圆变截面弹体初始倾角的增大,弹体姿态偏转量增大;随着椭圆变截面弹体质心位置的后置,弹体姿态偏转角度增大;椭圆变截面弹体以不同的翻滚角撞击靶板时,弹体姿态偏转角度不同,γ_pt=0°较γ_pt=90°时弹体姿态偏转角度更大;当γ_pt=0°时,椭圆变截面弹体椭圆截面长短轴之比增大,弹体姿态偏转角度随之增大;当γ_pt=90°时,规律则相反。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明：弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

弹丸卡膛规律影响因素分析

为了研究弹丸卡膛参数对弹丸膛内运动初始条件的影响,对中大口径火炮弹丸卡膛过程进行分析。利用显式动力学有限元数值模拟方法对新型155 mm火炮弹带惯性卡膛过程进行了分析研究,综合考虑不同的卡膛速度、摩擦系数、身管仰角、初始卡膛姿态角、弹炮间隙对卡膛深度、卡膛力以及卡膛姿态的影响,得到了各个因素对卡膛结果的影响规律,其中卡膛速度、摩擦系数对卡膛深度和卡膛力有较大影响,而身管仰角和初始卡膛姿态角对卡膛姿态起到了较大的作用,弹炮间隙则对3个卡膛结果都有明显的影响,这些结论为弹药装填机的设计和揭示弹丸膛内运动规律提供参数依据。     

陶瓷橡胶复合装甲防护性能影响因素研究

为研究倾角和复合靶板各层厚度变化对陶瓷橡胶复合靶板防护性能的影响,通过优化对比网格划分疏密程度,获得与实验较接近的仿真结果,在此基础上,对倾角或复合各层靶板厚度不同时聚能射流侵彻陶瓷复合靶板的过程进行数值模拟仿真研究。结果表明:随着倾角的增大,陶瓷橡胶复合靶板对聚能射流的扰偏作用越明显,射流剩余速度越低,偏转角越大,复合靶板的防护性能越强;当复合靶板各层厚在3~5 mm内变化时,利用正交试验的方法得到面板厚为5 mm、夹层厚为3mm和背板厚为5 mm,复合靶板的防护性能相对较强。     

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS?DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。     

高旋二维弹道修正弹的角运动特性

为研究高旋二维弹道修正弹舵控后的攻角与速度偏角的特性,通过在无控弹角运动基础上增加控制组件提供的控制力和力矩,建立了其角运动方程,对起始扰动作用、瞬时控制力作用、长时间控制力作用下的弹丸攻角、速度偏角规律进行了分析。数值计算结果表明:高旋二维弹道修正弹受瞬时控制力作用时,产生的平衡攻角、平均速度偏角的方向与瞬时控制力方向大致相反; 在固定方位舵控力长时间作用下,平衡攻角、平均速度偏角方向与控制力方向近似成180°,相差一个小的角度; 攻角运动是由舵控力产生相反方向的攻角与重力产生向右的动力平衡角合成的,该攻角运动规律将影响弹道的质心运动。研究结果为高旋二维弹道修正弹的控制策略与控制方案设计提供了理论依据与参考。     

旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的角运动特性研究

为研究旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的攻角及速度运动特性,建立了复数形式的角运动方程。推导了固定舵匀速转动时攻角的强迫运动解及固定舵产生阶跃激励时攻角的瞬态、稳态响应解析解;推导了有控时平均速度偏角的解析解,导出了平均偏角的幅值和相位角与固定舵参数的关系;提出了旋转稳定二维弹道修正弹在固定舵作用下的飞行稳定性条件。结果表明：二维弹道修正弹无控时应避免共振,有控时应限制攻角最大增量及平衡攻角幅值;有控时平均偏角的相位角较固定舵滚转角提前一个前置角。研究结果对旋转稳定二维弹道修正弹的飞行稳定性设计及制导方法研究提供了参考。     

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小; 提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升; 弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。     

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用 LS-DYNA 显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明：根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现“J”弹道。