用于串联战斗部的环形切割器优化设计

为了优化设计用于串联战斗部前端的环形切割器,通过ANSYS进行环形切割器建模,利用LS-DY-NA对相等装药条件下多个药型罩开口角度方案、三种装药形状的环形切割器对靶板的切割效果进行后效仿真分析。仿真结论表明,60°锥角、柱锥体装药形状的环形切割器对靶板的切割效果更为理想。通过与相关试验数据的对比,初步验证了数值仿真的准确性。该结论有助于新型环形切割器的优化设计。     

一种M型药型罩形成环形射流的数值模拟研究

对串联战斗部前级聚能装药开孔不大的问题开展了研究,提出了一种M型药型罩,通过分析该药型罩结构设计的原理,运用ANSYS／LS-DYNA仿真软件对该药型罩形成环形聚能射流进行了数值模拟研究。结果表明：M型药型罩能够形成直径较大的环形射流,射流持续稳定;军用领域,能够用作串联战斗部的前级药型罩,对靶板切割成一定孔深且孔径大的环形孔,方便后级随进战斗部对靶板形成充塞破坏;民用领域,可以对一定厚度的靶板进行快速打孔。     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

星锥状药型罩形成射流侵彻混凝土的数值模拟

为了提高串联随进战斗部前级聚能装药结构对混凝土介质的破坏威力.文中利用LS-DYNA有限元分析软件对一种星锥状药型罩聚能装药结构形成射流侵彻混凝土靶板的过程进行数值模拟,分析了其成型过程以及对混凝土靶板的侵彻结果.通过与传统单锥状药型罩聚能装药结构形成射流侵彻混凝土靶板数值模拟结果的对比,表明由星锥状药型罩所形成的射流对混凝土靶板具有更强的破坏能力.为新型复合战斗部的前级聚能装药结构设计提供了依据.     

钢/铝/钢复合药型罩形成毁伤元数值模拟研究

为提高战斗部毁伤能力,设计一种钢/铝/钢复合变壁厚球缺型药型罩战斗部,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟药型罩材料为钢、铝以及钢/铝/钢时毁伤元的成型状态,比较3种不同毁伤元对30 mm装甲钢靶板的毁伤效果,研究曲率半径对EFP性能的影响。结果表明:铝材药型罩形成的杆式侵彻体速度与长径比最大,钢材药型罩形成的EFP速度与长径比均很小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP速度、长径比均介于纯铝、纯钢之间;纯铝、纯钢药型罩形成的毁伤元对靶板的侵彻孔径随侵彻深度的增加而减小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP对靶板的侵彻效果较好,能够产生横向效应,且随着药型罩曲率半径逐渐增大,复合EFP的横向效应越明显,速度与长径比也逐渐增大。     

基于环形切割器的串联战斗部隔爆材料的优选

为了使优化后的环形切割器与后级随进战斗部更好地配合,通过ANSYS进行环形切割器建模,利用LS-DYNA分别进行了空气、聚氨酯、泡沫铝、酚醛树脂以及钢板+泡沫铝和钢板+聚氨酯六种隔爆方式的数值模拟,比较其隔爆能力。数值模拟结论表明,聚氨酯是一种很好的隔爆材料,可以有效的降低前级产生的冲击波对后级战斗部的影响。该结论有助于带环形切割器串联战斗部的隔爆设计。     

罩顶材料对双锥药型罩成型及侵彻性能的影响

为提高聚能射流的侵彻性能,提出一种双锥药型罩,通过改变部分罩顶材料,探究其对射流成型及侵彻性能的影响.以钨、钽、镍为罩顶材料,用LS-DYNA软件对不同罩顶材料高度占比下(h/H)钽-铜、钨-铜、镍-铜双锥药型罩和单铜双锥药型罩的射流形成和侵彻钢靶板过程进行数值模拟.结果表明:钨-铜型对头部速度的提升最大,但易断裂,镍-铜型的头部速度最小,钽-铜型成型最好且对侵彻性能的提升最大.当h/H=0.32时,钽-铜结合双锥药型罩形成的射流与单铜双锥罩相比,头部速度提高15％,射流长度增加2.1％,射流侵彻深度提高7.9％,破孔口径提高64％.相比单铜药型罩,双锥药型罩提升大.     

杆式射流侵彻钢筋混凝土试验研究

对于破爆式串联战斗部前级装药,如何兼顾侵彻深度和开孔孔径,是此类战斗部设计的关键问题。为了研究药型罩材料密度对杆式射流侵彻性能的影响,采用偏心亚半球聚能装药结构,进行了侵彻钢筋混凝土的试验研究。以侵彻钢靶作为对比试验,验证杆式射流整体侵彻规律并进行相关标定。研究结果表明,杆式射流对混凝土开孔的孔径随着药型罩材料密度的下降而逐渐增大。与紫铜射流相比,钛合金射流在保证一定侵彻深度的条件下开孔孔径提高约20%,因此钛合金是较为理想的聚能攻坚战斗部药型罩材料。试验结果及相关数据所展现的不同密度杆式射流侵彻能力大体相同,但钢类均质材料靶板无法体现钢筋混凝土内部出现的细节问题。虽然针对装甲目标的破甲弹等武器装备的设计理论较为完善,但不能完全作为聚能战斗部设计的理论依据。     

EFP成型数值模拟及侵彻45钢靶试验研究

为研究EFP的成型机理和侵彻性能,在目前药型罩材料研究和应用的基础上,对EFP成型过程的数学模型进行推导,采用有限元分析软件LS-DYNA,对同一结构紫铜、钽和钽钨药型罩EFP成型过程进行数值模拟,通过靶试对3种材料药型罩EFP的侵彻性能进行试验研究。结果表明:紫铜、钽和钽钨药型罩数值模拟着靶速度与试验测得着靶速度基本长径比较为合理,有利于提升侵彻性能;钽钨药型罩能有效穿透80 m(889倍装药口径距离)处90 mm(1.0倍装药口径)厚的45钢靶板,靶板正面和背面穿孔直径较大,靶后靶体的崩落面积较大,后效毁伤效果好。EFP通过数值模拟和试验结果对比分析,对3种材料药型罩EFP的成型形状和对钢靶的侵彻能力作出评价,为EFP型罩材料的选择提供技术参考。     

药型罩锥角对线性聚能装药切割性能的影响

利用TG与LS-DYNA软件对不同锥角下的线性聚能装药切割钢靶进行数值模拟,并与试验作对比。结果表明药型罩锥角为80°的聚能装药切割器具有更好的切割性能,其切割深度和最大开口宽度达到最大值,数值模拟结果与试验结果吻合较好。本研究为线性聚能装药切割器的药型罩锥角设计提供一定的参考。     

双层复合线型药型罩侵彻靶板的数值分析

为了提高装甲防护能力,在双金属复合线型药型罩的基础上设计内罩(不接触炸药)与外罩(接触炸药)壁厚比为1:1的双层结构.应用LS-DYNA 3D软件,采用多物质ALE方法,对内铝外铜、内铜外铝、内铁外铜、内铜外铁、内铜外铜(单金属对比组)5种分配情况进行数值仿真计算.在药型罩结构、炸药装药量、炸高相同的情况下,对比不同情况下射流形态及断裂状况,射流在半无限靶上的剩余穿深及开孔大小.分析结果表明:内铜外铝组的射流形态及侵彻开坑效果最好,可为双金属复合线型药型罩的优化和设计提供参考.     

聚能装药超细晶纯铜药型罩性能研究

为了实现真正意义上的超细晶,利用剧烈塑性变形的方法将纯铜材料的晶粒组织进行细化.应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对粗晶纯铜药型罩和超细晶纯铜药型罩形成的射流侵彻45钢靶板过程进行数值模拟.分析晶粒尺寸对于射流断裂时间的影响,研究在不同炸高条件下,超细晶纯铜药型罩和粗晶纯铜药型罩侵彻威力的差异,以及炸高对于2种材料形成射流延展性的影响,并通过选取粗晶纯铜药型罩的最佳炸高进行静破甲试验研究,验证了数值计算结论的可靠性.研究结果表明:在炸高相同的前提下,超细晶纯铜药型罩形成的射流毁伤能力较粗晶纯铜药型罩而言,有大幅提升,说明将药型罩材料晶粒尺寸细化,是提高聚能射流破甲威力的有效手段.     

钨铜合金药型罩水介质中侵彻规律的实验研究

针对水中聚能战斗部侵彻毁伤问题,运用实验方法对比分析钨铜合金药型罩和紫铜药型罩形成的射流杆在水介质中的侵彻特性,包括射流在水中的速度衰减规律以及射流侵彻后效靶板的效果。结果表明:采用钨铜合金药型罩产生的杆式射流在水介质中能够保持较高的剩余速度,对后效靶板的毁伤能力更大。实验结果能为实际工程设计提供一定的参考价值。     

双层含能药型罩K装药射流成型及侵彻性能试验

为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni?Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni?Cu双层含能药型罩与Cu?Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni?Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu?Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。     

新型铜爆炸成形弹丸的数值模拟与试验研究

利用ALE算法对新型铜爆炸成形弹丸进行了数值模拟和分析,同时进行了EFP成形X光摄影试验。在模拟和试验过程中以T2军用紫铜和工业纯铁药型罩作为对比,进行三种罩材、三种壁厚药型罩的EFP成形模拟与试验,获取三种罩材对比EFP形体和性能参数,试验结果与计算结果符合很好。结果表明新型铜EFP较T2紫铜的抗拉断能力较强,具有明显的优势。分析了新型铜药型罩材料在产品上的应用前景。     

基于BP神经网络和遗传算法的环形药型罩优化

环形聚能装药相比传统的聚能装药具有侵彻口径大的优势,为了得到可以形成稳定的环形聚能射流的最优环形药型罩结构,提出了一种将数值模拟结果与BP神经网络相结合,并通过遗传算法对环形药型罩进行优化设计的方法。首先,利用正交试验法对环形药型罩进行方案设计,得到各因素对环形聚能射流稳定性的重要程度,其次利用LS-DYNA软件进行数值模拟得到最初的样本数据,然后通过MATLAB软件拟合出神经网络训练所需的样本数据,接着将环形药型罩结构参数作为BP神经网络的输入,射流头部速度、射流横向速度、射流长度分别作为输出进行训练,同时将测试值作为适应度,最后结合遗传算法选择最优的环形药型罩结构参数。研究结果表明：影响环形聚能射流成形的主要因素是药型罩口径和锥顶角,次要因素为药型罩罩顶厚、内罩偏移量和外罩偏移量;当药型罩罩顶高为0.81 mm,药型罩口径为15.43 mm,罩顶角为61.89°,内罩偏移量为11.38%,外罩偏移量为14.36%时所形成的环形射流形态比正交实验所得环形聚能射流更好。     

多向线性聚能切割弹的研究与应用

针对油气井、矿井卡钻问题,设计一种多向线性聚能切割弹,其结构特点是:圆柱形炸药的四周均匀布置12根空心铜管。采用LS-DYNA程序中的Lagrange算法对该切割弹的爆炸作用原理及侵彻钢管过程进行数值模拟,并将计算结果与实验比较。数值模拟结果表明:12根铜管在爆轰压力作用下形成12股金属射流刀以及伴随其运动的杵体和"尾翼",12股射流刀分别沿着炸药及12根铜管的中轴线形成的12个平面(各平面之间夹角为30°)向四周运动,其头部速度高达3530 m·s-1,杵体速度约1180 m·s-1;钢管首先受到爆轰产物的作用发生膨胀和断裂破坏,然后受到12股射流刀的侵彻作用(侵彻速度约2550 m·s-1),最终在钢管上形成12条切缝。数值模拟得到的钢管切割变形效果及切缝数量与实验结果十分吻合,所设计的切割弹成功应用于处理某铜矿300 m深度的钻井卡钻事故,与目前常用的切割弹相比装药量减少了80%以上,成本降低至少50%,且具有结构简单、加工方便的特点。     

柔性线型聚能切割器的应用研究

从聚能射流形成及侵彻理论出发,总结了影响聚能射流穿深的因素,根据这些因素的分析及工程实际条件,设计并制造了一种铅质外壳柔性线型聚能切割器,对10 mm厚的45′钢板和斜支撑上截取的钢板进行聚能切割实验,发现线密度为158 9·m-1,炸高为2.4 mm的柔性线型聚能切割器完全贯穿45#钢板和斜支撑上截取的钢板;把此种柔...