钢筋混凝土靶厚度影响PELE侵彻效果的数值分析

为研究钢筋混凝土靶厚度对横向效应弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)侵彻效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA3D软件,对PELE侵彻破坏不同厚度的钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)靶进行了数值计算。计算结果表明:利用质量和结构都相同的PELE以800 m·s-1的速度垂直撞击混凝土靶板,PELE可最大穿透80 cm厚的靶板,在该范围内,靶板由薄变厚时,弹体破碎愈加严重,弹体剩余轴向速度逐渐降低;对靶的侵彻随靶厚的增加,靶破坏效应先增强,然后减弱;当靶厚超过80 cm时,弹体的动能全部消耗于侵彻过程中。为验证仿真结果,进行了实弹实验,实验结果也表明:对靶的侵彻随靶厚的增加,破坏效应先增强,然后减弱,35 cm厚的靶板破坏最严重;验证了模拟结果的正确性和可靠性。     

动能弹垂直侵彻混凝土靶板的三维数值模拟研究

利用LS—DYNA程序对动能弹垂直侵彻混凝土靶板的过程进行了三维数值模拟。根据模拟结果。分析了侵彻过程各个阶段的物理现象和弹靶作用特征；绘制了不同侵彻初速对侵彻结果的影响曲线，获得了弹体初速对混凝土侵彻的影响规律．可以为混凝土的侵彻研究提供参考依据。计算表明，三维数值模拟方法能够形象显示动能弹垂直侵彻混凝土靶板的细节和初速对侵彻结果的影响情况。     

弹体结构对混凝土侵彻弹垂直侵深的影响与试验研究

混凝土侵彻弹受弹体结构的影响,将外壳体等辅助部件上的能量部分传递到弹芯上,在着靶速度相同的情况下,与传统动能弹相比其垂直侵深增大。通过分析此弹丸侵彻靶板的过程,对弹靶的力学特性进行了研究,将侵彻过程分为3个阶段,建立了垂直侵彻的理论模型,得到了混凝土侵彻弹的侵彻深度。并对理论模型进行了试验验证,理论计算与试验结果吻合较好。     

动能弹侵彻混凝土靶结构的等效研究

针对目前弹体侵彻试验中混凝土靶体积大且成本高的问题,对混凝土靶结构进行了等效研究。利用三维计算软件程序模拟了动能弹对混凝土靶板的垂直侵彻过程。研究发现,Ma为2左右,靶弹直径比大于等于30的混凝土靶等效为半无限靶。进一步对不同靶弹直径比的靶板施加不同厚度的钢箍进行计算。结果表明,有钢箍的混凝土靶能减小边界效应对弹丸侵彻性能的影响,并得到了各个速度段钢箍厚度与靶弹直径比的定量关系,增加不同厚度的钢箍来等效半无限靶可达到减小靶体径向尺寸的目的,对降低试验成本具有重要的意义。     

有攻角动能弹垂直侵彻混凝土靶板特性研究

为弄清有攻角动能弹垂直侵彻混凝土靶板的特性,利用非线性动力分析软件LS-DYNA3D,对混凝土靶板与弹体分别选用HJC与Johnson-Cook材料模型,就垂直侵彻情况下攻角对侵彻的影响进行了一系列数值模拟。详细描述了有攻角动能弹侵彻靶板的基本现象,指出了攻角不同时弹头的四类侵彻路径,给出了有、无攻角时竖直方向加速度变化规律,分析了攻角对侵彻深度的影响,比较了不同弹速条件下攻角对侵彻的影响程度。     

装药结构对ALP横向效应的影响

为获得装药结构对ALP(主动式横向效应弹)横向效应的影响规律,采用有限元分析软件AUTODYN-2D对ALP以1 200 m/s着靶速度垂直侵彻4340钢靶板过程进行数值仿真研究.针对文中研究模型所得研究结果表明:与PELE相比,ALP可形成较大的穿孔直径和更好的横向效应.当炸药中心与弹底的距离与弹体高度之比δ/H为0.8、采用轴向环起爆和B炸药时,ALP横向效应最优.     

动能弹侵彻钢筋混凝土靶的试验研究

利用火炮发射动能弹，对钢筋混凝土靶进行正侵彻和斜侵彻试验。通过回放弹载加速度存储仪，得到侵彻过程中的加速度曲线。观测试验后的弹靶状态，分析了动能弹对混凝土靶的正侵彻、斜侵彻的侵彻特性，为反深层坚固目标战斗部和防护工程设计提供了参考。     

钢合金壳体PELE作用机理研究

PELE采用新颖的作用机理对目标进行毁伤,钢壳体PELE作用机理研究对PELE工程应用具有重要意义。文中首次采用钢合金作为PELE壳体,通过终点效应数值仿真以及该PELE与同口径普通穿甲弹分别对薄钢板的撞击实验,证明了钢壳体PELE撞击薄钢板的作用机理存在撞击镦粗、膨胀侵彻和穿靶爆裂三个关键阶段,弹体在靶后爆裂的破片具有较大的横向飞散速度;该类PELE侵彻薄装甲目标时比同直径常规穿甲弹具有更大的穿孔毁伤和靶后碎片毁伤能力。     

着速和靶厚对钢弹体PELE侵彻后效影响的实验研究

为了得出靶厚和着速对钢弹体PELE侵彻后效的影响规律,采用PELE实验弹以不同着速分别侵彻不同厚度钢板,并对后效靶上破片穿孔的数量和分布进行了分析.结果表明,在实验条件下,破片数量与着速和靶厚均有二次函数关系,破片飞散角与着速呈二次函数,但与靶厚呈线性减函数关系;着速对破片数量的影响要大于它对破片飞散角的影响;降低靶厚也利于增大破片飞散角.     

动能弹侵彻混凝土靶性能仿真与研究

应用空腔膨胀理论建立了动能弹侵彻混凝土靶的动力学模型,对动能弹侵彻混凝土靶进行了理论计算。同时,应用HJC损伤本构模型对侵彻混凝土靶进行了有限元数值模拟,对数值模拟与理论计算得到的弹体出靶后的剩余速度及穿靶中的冲击过载进行分析,结果表明理论计算与数值模拟结果数据吻合较好。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

柱形93钨弹体超高速撞击薄钢板穿孔及破片群扩展特征

为进一步研究柱形弹体超高速撞击靶板的破片群扩展、弹体侵蚀等问题,开展柱形93钨 弹体超高速撞击薄钢板实验研究。通过量纲分析方法给出柱形弹体穿靶的穿孔直径经验公式;利用高速摄像技术获得靶后破片群运动图像,分析破片群扩展规律以及弹体的侵蚀规律;基于微观组织分析,探索超高速撞击中弹靶材料的熔化问题。结果表明：通过对实验数据的拟合,认为在弹靶材料不变的情况下,靶板穿孔直径、靶后破片群轴向扩展最大速度、横向扩展最大速度近似和弹体直径、靶板厚度、撞击速度相关,而对于弹体侵蚀长度,除上述参数外还与弹体长径比相关;在柱形弹体超高速撞击靶板问题中,靶板背表面产生层裂并在破片群前部形成速度大于剩余弹体速度的“尖端”,可近似由靶板厚度小于弹体直径的0.72倍来确定;当柱形93钨弹体以2~3 km/s速度撞击靶板时,靶后破片群尚未发生大范围熔化,但当破片群、剩余弹体撞击第2层靶板时,受到二次加载作用,撞击区附近将发生大范围的材料熔化。     

壳体切缝的结构参数对PELE横向效应的影响

为了研究壳体切缝结构参数(切缝的周向个数N、径向深度H和轴向长度L)对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶开孔尺寸的影响,利用数值仿真方法对具有不同壳体切缝结构参数的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行正交优化分析,通过定义横向效应贡献值对弹丸轴向动能转化为钢筋混凝土靶因壳体膨胀破坏损失的能量进行研究。结果表明,壳体切缝参数为N=8、H=5.5 mm、L=150 mm时,钢筋混凝土靶破坏的开孔尺寸最大为409 mm,横向效应贡献值最大,并且PELE的横向效应效果最佳。同时,壳体切缝结构参数对PELE横向效应的影响程度:L最大,N次之,H最小。     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

装填材料对PELE侵彻混凝土效能影响研究

为研究惰性装填物对PELE侵彻混凝土靶板效能影响,利用有限元软件LS-DYNA对不同惰性装填物的PELE侵彻混凝土靶板进行数值模拟。结果表明:与PELE侵彻混凝土靶板相比钢靶的形成破片质量较大、速度较慢;不同装填物对靶板的破坏效能不同;尼龙装填物比橡胶对靶板破坏的面积大,破片数量多。通过实验验证了模拟结果的正确性和可靠性。     

动能弹斜侵彻运动装甲目标的数值模拟

利用LS-DYNA3D软件对弹体侵彻运动装甲板进行了数值模拟研究,从弹体剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了弹体侵彻运动装甲的能力.得出了弹体速度随时间的变化规律,结果表明,弹体初速度、装甲运动速度及方向、装甲的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响.     

内外径比值对横向效应侵彻体的影响分析

通过研究不同内外径比值对PELE横向效应的影响,对不同内外径比情况弹丸侵彻靶板的过程进行数值仿真.结果表明:任意一种类型横向效应侵彻体,其消耗的能量随着内外径比值的增大而增大;对于一个设定的内外径比,总有一个最佳长径比值使其横向效应效果最优.     

着靶角对PELE横向效应的影响

PELE是一种基于新型作用机理的弹药,能使目标产生明显的横向效应,对靶后目标形成有效的杀伤。为研究着靶角对PELE横向效应的影响,对不同着靶角下PELE侵彻靶板的过程进行了数值分析。结果表明:着角对PELE横向效应影响显著。当着角在0～60°,随着着角的增大,破片最大径向速度增大,散布面积增大,破片数量增多,横向效应增强;当着角大于60°,随着着角的增大,PELE横向效应逐渐丧失;当着角在30～60°,PELE横向效应和后效毁伤性能最佳。