弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。     

高速钝头弹侵彻中厚高强聚乙烯纤维增强塑料层合板的机制

根据侵彻过程中的不同受力状态和耗能机制,结合高强聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板抗高速侵彻特点,将高速钝头弹对中厚UFRP的侵彻过程分为压缩镦粗、剪切压缩和拉伸变形三个阶段。基于三阶段侵彻机制,利用能量守恒原理建立了钝头弹高速侵彻中厚UFRP的弹道极限和剩余速度计算模型。采用侵彻模型计算了相关文献弹道试验工况下弹体的剩余速度和弹道极限速度,计算值与文献试验值吻合较好。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的纤维熔断和弹体镦粗现象,能够对高速钝头弹侵彻中厚UFRP的剩余速度和弹道极限速度进行合理预测,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

弹体侵彻过程中刚体过载实时提取的滤波方法

针对实测侵彻混凝土数据进行刚体过载提取时,没有明确研究其具体的滤波方法,提出一种适合实时提取刚体过载的滤波方法。根据侵彻加速度信号的特征构造理想侵彻信号,分析常用的巴特沃斯、切比雪夫I、椭圆形、贝塞尔滤波器对理想侵彻加速度信号滤波之后的峰值误差与积分误差,提出将7阶切比雪夫I滤波器与FRR方法相结合的滤波方法,并在侵彻素混凝土的实测试验数据中进行验证。用此滤波方法对实测数据进行处理,得到的弹体刚体过载的一次积分与二次积分与实测数据的一次积分速度和实测侵彻深度的相对误差分别小于5%和10%,滤波前后积分速度保持非常好的一致性。     

基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型

基于空腔膨胀理论建立工程模型是研究侵彻问题的常用方法。针对射弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶问题,基于靶体的弹性-裂纹-粉碎响应模式,粉碎区采用考虑围压的Hoek-Brown准则,得到了准静态球形空腔膨胀的空腔壁压力。在Forrestal两个阶段侵彻模型中,用所得空腔壁压力代替隧道侵彻阶段的侵彻阻力,得到刚性弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶的侵彻深度预估公式,与文献侵彻试验以及现有典型侵彻深度预估公式比较表明,预估公式适用范围更广,对于(超)高强混凝土和岩石材料靶的预测精度更高。     

有限柱形空腔膨胀理论及其应用

为研究有限平面尺寸金属厚靶侵彻问题,提出了有限柱形空腔膨胀理论.考虑侧面自由边界,将理想弹塑性材料的空腔膨胀过程分为弹塑性阶段和塑性阶段,得到了空腔壁径向压力的解析解.基于Tate磨蚀杆模型,应用有限柱形空腔膨胀理论计算靶的侵彻阻力,建立了长杆弹侵彻有限直径圆柱形金属厚靶工程模型.与现有文献试验比较表明,文中工程模型计算的侵彻深度与弹道试验结果吻合较好.     

基于三轴加速度传感器的弹体侵彻轨迹的实时计算

针对弹体斜侵彻含有垂直墙壁的多层靶板过程中弹体轨迹严重偏转的实时计算问题,提出了由两组三轴加速度传感器来感知弹体在侵彻过程中的角度偏转变化与轨迹计算.在平面范围内由弹体侵彻常规多层靶板深度的计算公式出发,推导了安装两组三轴加速度传感器的弹体在含有垂直墙壁的多层靶板间弹体轨迹的实时计算公式,并通过ABAQUS有限元分析软件进行了侵彻仿真,以仿真得出的加速度数据输入MATLAB程序,比较了分别采用一组和两组加速度信号所得到的弹体轨迹,验证了该算法的有效性.     

钝头弹高速斜侵彻中厚背水金属靶板的机理研究

为探讨高速钝头弹斜侵彻中厚背水金属靶板的机理,根据不同的受力状态及耗能机制,结合中厚背水靶板抗高速斜侵彻特点,通过厚度等效,将斜侵彻转化为相应的正侵彻。然后,将整个侵彻过程分为压缩镦粗、剪切压缩和剪切扰动三个阶段。基于三阶段侵彻机制,建立了钝头弹高速斜穿甲中厚背水金属靶板后的瞬时余速计算模型,并讨论了该计算模型的局限性。采用该模型计算了3.3 g立方体弹丸斜穿甲5 mm背水钢板后的瞬时余速,理论计算值与试验结果及相应的仿真计算值均吻合较好。由于该模型考虑了靶后水介质的动支撑作用及动能耗散等效应,在一定的适用范围内,能对钝头弹高速斜侵彻中厚背水金属靶板的瞬时余速进行合理地预测,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型

在球形空腔膨胀模型的基础上,将钢筋混凝土中的钢筋网结构所在混凝土等效为高强混凝土层,其余部分按素混凝土层处理,得到了计算卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的分层工程分析模型。用分层分析模型计算了最终侵彻深度,侵彻过程中弹丸的位移时程曲线,速度时程曲线和加速度时程曲线。将计算结果与实验数据和按球形空腔膨胀模型计算结果对比分析,结果表明分层分析模型能够较真实的反映弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态。     

刚性弹侵彻有限直径金属厚靶的机理与模型研究

采用统一强度理论,考虑靶板中间主应力效应和靶体侧面自由边界的影响,得到线性硬化靶材在弹塑性阶段和塑性阶段的空腔壁径向应力的表达式,建立线性硬化靶材的统一侵彻模型,求出中低速(v₀≤1000 m/s)刚性弹体侵彻有限直径金属厚靶时侵彻阻力、侵彻深度计算公式,并利用Simpson算法对其进行求解,分析了包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述侵彻过程中弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对靶材在不同撞击速度下侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度、靶体半径和弹头形状对有限直径金属厚靶的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻深度增加了22.45%;随着靶弹半径比的减小,侵彻深度不断增大,当靶弹半径比小于等于16时,侵彻深度增大的程度显著,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。     

管-杆伸出式弹芯垂直侵彻半无限靶机理研究

基于管-杆伸出式弹芯材料满足刚-塑性本构关系及该弹芯在侵彻过程中视为准定常运动等假设,通过分别对头部、管体、管与杆重合部及杆体等不同侵彻阶段的理论分析与推导,建立起该弹芯垂直侵彻半无限靶的简化模型。在1300 m/s~1500 m/s的速度范围内,对该弹芯进行了数值模拟与验证试验研究。通过对模型计算、数值模拟及试验结果之间的对比,表明简化模型及数值模拟方法的可靠性,得出了该弹芯垂直侵彻靶板所产生弹坑的形貌特征与形成机制,以及该弹芯在侵彻中的相对优势情况与侵彻深度随速度的变化规律。     

卵形弹丸撞击下 FRP层合板的侵彻和穿透

研究了卵形弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透性能, 在局部化破坏模式假定的基础上改进了Wen提出的能量简化分析模型。改进模型仍假设弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力由靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力和速度效应引起的动阻力两部分组成, 认为侵彻过程中靶体对弹的阻力不再是一个常数, 而是与侵彻速度相关的函数。同时针对不同厚度靶板的破坏模式, 建立了几种不同的侵彻和穿透模型。通过弹头长度与靶板厚度的比较, 将侵彻过程分为部分侵彻和完全侵彻; 穿透过程分为薄板穿透和中厚板穿透。并且根据不同的破坏方式给出了求解卵形弹丸的侵彻深度、 残余速度和极限速度的预测公式。模型预测与实验数据进行了比较, 发现侵彻深度和弹道极限速度的理论预测值与实验数据吻合得很好。      

高速动能弹侵彻硬目标加速度测试技术研究

通过理论分析、计算机模拟和现场实测,研究了弹体高速侵彻硬目标时,弹体中应力波传播对弹体实测加速度的影响规律;采用不同密度、不同孔径的泡沫铝材料对电路模块进行保护。利用自主研制的弹载高g值加速度存储测试仪器,现场测取了弹体侵彻混凝土靶过程中的加速度,并分析了测试数据的有效性。     

钨球高速侵彻中厚钢板成坑特性

采用57.5/14.5mm二级轻气炮对直径为7mm的钨球以1.900~2.350km/s的速度正侵彻20mm的A3钢板进行了试验研究,得到了不同速度下钨球对钢板的侵彻深度及侵彻孔形貌。采用AUTODYN-2D软件对钨球高速侵彻钢板过程进行了数值模拟研究,得到了侵彻过程中不同时刻弹靶形貌、应力分布等,并对侵彻孔形貌、侵彻孔孔径及侵彻深度进行了预测,其结果与试验结果吻合较好。在此基础上采用数值模拟方法研究了Φ5~Φ9mm钨球对不同厚度钢板的成坑特性。     

矩形射孔弹射流形成机理的微元法数值分析研究

对矩形射孔弹射流的形成过程及其侵彻靶板的过程进行数值仿真研究,并采用将药型罩进行微元划分的方法,研究药型罩微元的运动规律以及射流的有效结构,获得了射流的头部速度、纵向速度分布、射流的临界侵彻速度等一系列评估射流威力特性的重要参数。结果表明:对于45号钢质靶板,在射流对靶板进行侵彻的过程中,张角为60°的药型罩产生的有效射流为速度超过550 m/s以上的药型罩微元所形成的射流段;有效射流的高速段(v≥1300 m/s)由药型罩顶部材料组成,有效射流的中速段(1000 m/s≤v1300 m/s)由药型罩的中部及中上部材料组成,沿药型罩母线方向靠近底部约0.2倍母线长度的材料不形成有效射流。     

高速钝头弹侵彻中厚金属靶板的机理研究

根据侵彻过程中的不同受力状态,将高速钝头弹对中厚金属靶板的侵彻过程划分为简单压缩阶段、压缩剪切阶段和绝热剪切阶段,每个侵彻阶段都呈现出不同的吸能模式。基于三阶段侵彻机理,建立了钝头弹侵彻中厚金属靶板的弹道极限和剩余速度计算模型;利用侵彻模型计算了3.3g立方体和9.7g圆柱体侵彻4mm、6mm和10mm船用钢的剩余速度,计算值与试验值有较好的吻合。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的发热、发光等现象的吸能,并对金属靶板的抗弹能力和钝头弹的侵彻能力进行了预测,可以降低试验成本,具有一定的理论价值和工程应用价值。     

基于惯性开关的弹体侵彻目标入靶速度计算

针对火箭侵彻弹药入靶速度散布较大的问题,本文提出了一种利用惯性开关响应时间来计算弹药入靶速度的方法,实现了实时计算侵彻入靶速度及精确控制侵彻深度的目的.介绍了入靶速度的计算方法,并利用靶场回收的数据进行了验证,发现该方法具有一定的准确性及应用参考价值.     

弹丸垂直侵彻无钢筋混凝土数值模拟

本文利用所提出的无钢筋混凝土动态材料模型对半球形头部钢弹以300m/s速度垂直侵彻无钢筋混凝土目标进行了有限元计算模拟，得到的弹丸减速度时间历程曲线、最大侵彻深度与试验结果符合得较好，靶上弹坑形状和大小试验结果有差异。     

乏信息条件下滚动轴承振动性能可靠性变异过程预测

提出变异概率、变异速度和变异加速度等新概念,基于最大熵原理和泊松过程建立可靠性预测模型,对滚动轴承振动性能可靠性的变异过程进行预测。运用最大熵原理,计算本征序列中性能数据的概率密度函数;根据泊松过程,获得细分后时间序列中性能数据落在本征序列置信区间之外的变异个数和变异概率;对时间进行离散化处理,计算各个时间序列振动性能可靠性的变异速度和变异加速度。以滚动轴承(SKF6205)为例,进行滚动轴承振动加速度实验。试验结果表明,随着磨损直径的逐渐增大,可靠性变异概率呈非线性增长的趋势,总体上可分为初级磨合阶段、正常性能退化阶段和性能恶化阶段。而且,该可靠性预测模型可以分析乏信息条件下可靠性的变异过程,为现有的可靠性方法做出有益补充。     

卵形弹中低速侵彻UR50超早强混凝土靶机理

为研究早强混凝土的抗侵彻性能和养护龄期的关系,利用35 mm弹道炮和35CrMnSiA制缩比卵形弹对两种养护期下产品名为UR50的超早强混凝土进行了侵彻试验,根据试验数据对两种龄期的超早强混凝土的侵彻响应特性进行对比分析。之后为进一步研究弹体侵彻超早强混凝土的响应机理,引入刚性弹侵彻半无限靶的响应模型进行理论研究,并利用别列赞公式分析了超早强混凝土中特种钢纤维对抗侵彻性能的提升。试验结果表明：弹体中低速侵彻超早强混凝土靶的过程可分为冲击开坑和稳定侵彻两个阶段;超早强混凝土养护7 d就可以达到养护28 d时的抗侵彻性能。利用刚性弹侵彻半无限靶的响应模型对养护7 d和28 d的超早强混凝土的量纲为一的侵彻深度预测值与试验侵彻深度进行对比,发现其最大相对误差分别为29.13%和17.50%,通过对响应模型中两种龄期超早强混凝土的计算无侧限抗压强度进行修正,使其侵彻深度计算值符合实际结果。     

考虑攻角的长杆弹斜穿透中厚铝靶机理

攻角对长杆弹斜侵彻有重要影响,该文通过大量数值模拟研究了攻角对长杆弹斜穿透中厚铝板的影响机理。基于实验验证的有限元模型,开展了变速度和攻角的多工况数值模拟,得到了侵彻过程中弹体的减加速度大小、速度方向以及整体弯曲的变化规律,分析了侵彻速度、倾角和攻角对侵彻阻力、弹体弯曲和弹道偏转的影响。结果表明:带攻角斜侵彻时,负攻角对弹体弯曲的影响明显大于正攻角,且弹体弯曲随着侵彻速度的增大而减小;随着斜侵彻速度的增大,攻角引起弹体甩尾和弹道偏转越明显,此时带攻角的斜侵彻过程的能量损耗机理明显不同于正侵彻和无攻角的斜侵彻。