粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

射孔弹聚能射流侵彻钢靶的数值仿真与实验分析

应用ANSYS/LS-DYNA3D显式非线性有限元软件,采用ALE多物质算法对某型石油射孔弹装药结构下聚能射流形成、侵彻钢靶过程进行了数值模拟及分析,并与实验数据作了对比。结果表明,数值仿真与实验结果均值间的穿深误差为8.31%,孔径误差为15.16%,这完全满足设计需要,为今后数值计算在射孔弹装药结构优化设计方面的应用提供了参考依据。     

超细钨铜复合粉末注射成型药型罩研发及测试

W-Cu合金结合了钨的高密度与铜的高动态延伸率,是一种前景广阔的药型罩材料.为获得性能优良的金属射流,提高油气井射孔弹的穿孔指标,对高致密均质W-Cu合金药型罩进行了研发.采用热化学工艺开发了不同含铜率(质量分数为10%,15%,20%,25%)的亚微米级超细W-Cu复合粉末,选W-25Cu型复合粉末并采用注射近净成型工艺技术制备了药型罩,将脱脂件在H_2气氛中烧结,峰值温度为1 200℃.采用SEM观察发现,烧结药型罩微观结构为亚微米级的W粒子均匀地分布在Cu基体中,其实测密度高达14.75 g/cm~3.拉伸试验表明,所开发的药型罩材料具有优良的力学性能,极限抗拉强度达到822.4 MPa,屈服强度达807.5 MPa,延伸率为1.18%.破甲性能测试实验证明,该类药型罩具有极其稳定的侵彻性能.     

钨合金破片侵彻2024铝靶的数值模拟研究

研究93W钨合金破片对铝合金靶板的弹道极限(V₅₀)影响规律,对战斗部毁伤元威力设计具有重要意义。通过弹道冲击试验获取了钨合金立方体破片、球形破片在90°着角的情况下,对4 mm 2024铝靶的侵彻弹道极限(V₅₀)。基于数值模拟与试验结果的一致性,分析了钨合金破片形状、质量对V₅₀的影响规律。结果表明：两种形状破片的侵彻V₅₀均随着破片质量的增加而减小;在90°着角时,立方体破片的侵彻V₅₀较低于球形破片,且两者V₅₀差值随着破片质量的增大而增大。其中,立方体破片由于着靶姿态的变化导致V₅₀存在着波动区间,随着破片质量增加,V₅₀的波动区间相对增加,且立方体破片侵彻V₅₀小于球形破片V₅₀的概率也随之增加。     

钨铜聚能粒子流的侵彻特性研究

为研究钨铜聚能粒子流的侵彻特性,对钨铜多孔药型罩和紫铜板药型罩的侵彻性能进行了试验研究,测试了钨铜聚能粒子流侵彻铝板的穿深与时间关系曲线。试验结果表明:在1倍装药口径炸高下,钨铜聚能粒子流侵彻铝靶的穿深比紫铜板射流侵彻铝靶的穿深要提高31%。利用最小二乘法对穿深与时间关系曲线进行拟合,拟合结果表明穿深与时间的关系呈乘幂形式。结合侵彻试验结果,确定了钨铜聚能粒子流的最后侵彻速度为1657.8m/s。这为多孔药型罩聚能装药的设计提供一定的指导意义。     

动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律.模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致.对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致.随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小.比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显.     

活性金属药型罩射孔弹破甲试验研究*

为增大射孔弹的穿孔孔径,设计了一种活性金属药型罩,该种药型罩中包含在外界作用下可产生放热反应的铝/镍金属体系,同时选用3种活性金属材料配方开展相应试验,并与铜钨金属粉末药型罩的作用效能进行对比。试验结果表明,添加一定比例反应性金属能够提高药型罩射流的后效作用能力、增大穿孔孔径,其中,铜粉质量分数为10％时对增加射流穿深几乎没有形成帮助,而当铜粉质量分数为70％时,射流的穿深显著增大。     

辅助药型罩尺寸大小对半球形药型罩射流成型影响的数值模拟

为研究辅助药型罩尺寸对半球形药型罩射流成型的影响,采用数值模拟的方法对加装辅助药型罩结构的半球形药型罩射流形成性能进行了研究。结果表明：加装辅助药型罩后半球形药型罩所形成的射流质量相较于单一半球形药型罩具有明显提高,辅助药型罩直径d=0.6D,厚度h=0.1D时所形成的射流综合性能与其他方案相比较好,采用该方案与单一半球形药型罩进行半无限钢靶的侵彻对比,侵彻深度提高了76.8%。     

药型罩轴向密实度分布对射孔弹性能的影响研究

针对射孔弹研制过程中,钢靶穿深显著提高而混凝土靶穿深未能同向提高的现象,测试了药型罩轴向密实度的分布,并利用脉冲X光照相观测了射孔弹起爆后的射流形态,分析了药型罩轴向密实度分布不均匀对射流的影响。通过优化前后的射孔弹性能对比试验可知:距药型罩口部约2/5的部分密实度偏低,易造成尾部射流的过早断裂,将降低射孔弹在混凝土靶中的穿深。药型罩轴向密实度分布的均匀性提高5.3%,射孔弹在钢靶中的穿深未受影响,但混凝土靶穿孔深度提高约20.5%。     

复合材质杆式射流侵彻水下目标的数值模拟

为了实现聚能战斗部对水下目标的高效毁伤,在传统聚能战斗部的基础上设计了一种采用不同材料的球缺罩与偏心亚半球形罩组合的聚能战斗部。阐述了复合材质组合式聚能战斗部的结构设计及作用原理,利用有限元软件AUTODYN数值模拟了其成型及侵彻水下靶板的过程,并与传统的偏心亚半球缺式和单一材质组合式战斗部的毁伤效果进行了对比。研究表明,复合材质组合式战斗部形成的前级杆式射流侵彻水介质过程中可以为后级杆式射流开辟无耗能通道;在相同炸高下,侵彻相同厚度的水介质与靶板后,与传统杆式射流相比,复合材质杆式射流的动能衰减率最小,剩余动能提升了28.59%。该复合材质组合式聚能战斗部可以实现对水下目标的高效毁伤。     

拐角型线型聚能装药爆炸成形及侵彻钢靶的实验与数值模拟研究

运用ANSYS/LS-DYNA3D程序的三维多物质ALE算法,对拐角型线型聚能装药在爆炸载荷下成型及侵彻金属靶的全过程进行了数值模拟研究,计算结果与实验结果比较吻合.这种连贯性的模拟能力避免了数值计算中对射流的许多人为假定.计算和试验结果表明,随着切割器连接拐角度数的减小,金属射流成形越加困难且侵彻能力也随之降低,此研究对拓宽线型聚能切割器的应用领域有积极作用.     

水下钻孔爆破岩石各区应力的数值模拟

结合连续介质力学和动力非线性有限元理论知识,通过ANSYS/LS-DYNA建立20 m水深和无水两种情况下的钻孔爆破模型,采用多物质ALE算法,模拟得出了从孔底起爆时爆炸冲击波引起的应力响应,并根据岩石破碎机理判断出粉碎区、裂隙区和弹性振动区,在5~8倍的药柱半径范围内,由冲击波压碎岩石形成粉碎区,临界径向压应力为207 MPa左右,在10~14倍的药柱半径范围内,岩石被割裂形成裂隙区,且切向拉应力起主导作用,其临界值为16.1 MPa左右,对比分析两种模型的计算结果可知,水介质的存在会减缓冲击波与爆轰气体的衰减速率。     

气门座圈粉末锻造工艺的数值模拟与实验

目的研究气门座圈的粉末锻造工艺,提高产品的致密度。方法通过建立气门座圈粉末锻造数值模型,分析锻造过程中相对密度的变化过程,研究预制毛坯初始相对密度、锻造加热温度和成形速度对致密化的影响。在此基础上进行粉末锻造实验,并与模拟结果比较。结果随着预制毛坯初始致密度、加热温度的增加以及成形速度的降低,粉末锻造致密度化所需的成形力降低;预制坯初始密度对锻件密度均匀性影响最为显著。经过粉末锻造后的气门座圈,密度从6.6 g/cm~3提高到7.46 g/cm~3,致密度达到96.4%。结论相比传统压制-烧结工艺,粉末锻造可以大幅度提高气门座圈的致密度。     

螺旋送粉器内流场的三维数值模拟

为了给螺旋送粉器内流道优化提供理论依据,根据气-固两相流输送的相关理论,运用Eulerian-Lagrange数学方式,采用FLUENT软件,通过离散相模型对螺旋送粉器内固体颗粒的轨迹进行数值模拟,主要研究螺旋送粉器的转速对其输送性能的影响,及不同直径粉体颗粒轨迹。结果表明:气体速度和粉体颗粒大小是影响螺旋送粉器送粉性能的关键因素。     

装药与药型罩分离对射孔弹穿深影响的规律研究

采用数值模拟计算和实验分析研究了某60型射孔弹聚能装药与药型罩在不同的装配分离间隙下穿深的下降规律。仿真计算得到的穿深与间隙关系曲线与实验得到的变化趋势相似,即随间隙的增大,60型射孔弹的穿深呈现出快速下降、略有上升、平缓不变的过程。揭示了穿深曲线在装药和药型罩分离间隙增大至3.5 mm后要经历一个先上升后平缓的特殊过程的事实,并根据数值计算过程分析了分离间隙在4.0~5.0 mm范围内穿深增加现象的原因。     

基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究

目的 研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响,对钛(Ti)/不锈钢(SS316)的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。方法 利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法(SPH-FEM耦合算法)和拉格朗日-欧拉耦合法(ALE算法),对钛(Ti)/不锈钢(SS316)爆炸焊接过程进行三维数值模拟,通过不同算法得到不同基复板间隙下的碰撞速度、碰撞压力及碰撞角,并将模拟结果与试验及理论计算结果进行对比。结果 当间隙为5、10、15 mm时,SPH-FEM耦合算法和ALE算法的复板碰撞速度均落在爆炸焊接窗口内,表明纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)均能成功实现焊接,没有脱落与鼓包。与SPH-FEM耦合算法相比,ALE算法下的碰撞速度、碰撞压力和碰撞角的模拟结果和理论计算结果更加吻合,可信度更高。结论 ALE算法的模拟结果与试验结果吻合,且与理论计算结果的误差更小,表明ALE算法用于纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)爆炸焊接是有效的。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

集团装药多层介质中爆炸作用数值模拟

在试验研究基础上,采用LS-DYNA非线性有限元分析程序,运用ALE算法,对装药在不同机场道面不同炸深条件下的爆炸过程进行了数值模拟研究,其结果与试验数据吻合得较好,为进一步研究道面厚度对爆破效应影响打下了基础.