长杆弹对岩石靶的侵彻分析

采用统一强度理论作为岩石材料的屈服准则,建立了长杆弹垂直侵彻岩石靶体的柱形空腔膨胀模型,给出了卵形长杆弹侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以450～1400m/s的速度撞击岩石靶体的侵彻深度,并和试验结果进行了比较。分析了统一强度理论参数b对侵彻深度的影响。     

素混凝土与钢筋混凝土的抗侵彻行为及等效关系

采用25mm滑膛炮对2种靶体介质进行正侵彻试验,获得了着靶速度、侵彻深度、开坑直径以及开坑深度等参数.结果表明:侵彻深度随着钢筋混凝土配筋率的提高而略有降低,钢筋的掺加有利于提高靶体的抗侵彻能力;钢筋混凝土比素混凝土抗侵彻能力强,有较强抗2次打击的能力.利用DYNA软件模拟了当弹体以相同的着靶速度贯穿素混凝土靶和钢筋混凝土靶的过程,得到2种靶体抗侵彻能力的等效关系.     

弹体高速侵彻岩石效应试验研究

为研究高速动能弹在岩石中的侵彻效应,在高速弹道炮上进行弹体对岩石靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹体速度为1 450 m/s,得出侵彻深度与侵彻速度之间的关系,并建立弹体速度不大于弹体极限速度时弹体侵彻深度的经验公式,该公式与试验结果具有良好的一致性.同时,分析模型试验靶体破坏情况,对于一定尺寸的弹体和靶体,不同弹体速度将产生不同的靶体破坏类型.研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、侵彻极限速度和质量损失等问题,分析影响弹体极限速度和质量损失的相关因素,可对高速动能弹侵彻岩石的侵深、加速度和质量损失等主要参数进行评估,为弹体战斗部和防护工程的设计提供有力的参考.与在混凝土靶体上的高速侵彻试验进行对比,说明无风化的硬质岩石可以作为良好的防护工程材料.     

弹体高速侵彻岩石靶体深度计算

为研究弹体高速侵彻岩石靶体的侵彻机制转化规律,利用二级轻气炮开展了着靶速度1 100~1 780 m/s的模型试验,得到了弹体的质量损失规律,以及侵彻深度与侵彻速度之间的关系。试验结果表明,弹体对岩石类靶体的侵彻机制随撞击速度的增加会发生转化,由刚体侵彻转变为半流体侵彻,进入半流体侵彻阶段后弹体侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量理论模型结合BLZ公式的侵彻阻抗推导出考虑质量损失的弹体高速侵彻深度计算公式。将2个阶段的理论计算结果与侵彻试验数据进行了对比验证,侵彻深度和弹体质量变化规律均吻合较好,能够反映出侵彻机制的变化规律。     

骨料混凝土抗侵彻性能的数值模拟

文中通过基于随机骨料模型的数值建模方法,研究了骨料体积掺量为0%～65%的混凝土靶的抗侵彻性能。通过与25mm直径子弹侵彻混凝土靶的试验结果进行对比,发现该方法可以较准确地模拟出骨料混凝土受弹体侵彻造成的侵彻深度。试验结果与数值模拟结果表明,骨料的加入可以有效地减小混凝土靶的侵彻深度,且减小的幅度近似与骨料的体积掺量呈线性关系。     

高强钢弹对花岗岩正侵彻的实验研究

在压缩气体炮上开展了系列高强钢弹对花岗岩正侵彻的模型实验,获得了侵彻深度与侵彻速度的关系,建立了可用于高强度岩石侵彻深度预测的经验公式,该公式与实验结果一致性良好。同时,分析了模型实验靶体横向尺寸效应,对于一定尺寸的弹、靶体,存在确保数据有效的侵彻速度上限;估算了侵彻时靶体强度,侵彻时花岗岩强度高出其单轴抗压强度好几倍;采用能量守恒原理估算了侵彻过程中平均减速度,与数值模拟结果一致性良好;在材料试验机上开展了静态侵彻实验,静态侵彻未能实现深侵彻,这说明碰撞产生的应力波是实现深侵彻的关键因素。     

液体声速对单胞结构抗射流侵彻性能影响研究

为研究液体声速对液态复合装甲防护性能的影响规律,采用理论分析和数值仿真的方法进行了分析。通过虚拟原点理论、射流侵彻入液体后受冲击波影响下的头部速度,推出了射流在径向的扩孔方程和冲击波经密闭容器壁面反射后引起的径向汇聚压强,并对方程进行计算,得出理论曲线关系;通过LS-DYNA有限元软件对7组不同声速的液体进行了数值模拟,得出了射流穿透密闭容器后66μs时的头部速度、90μs时受干扰的断裂情况以及对后效靶的剩余穿深。结果表明:液体声速为1 375m/s时干扰射流效果最好,表现为剩余穿深最小、干扰的速度区间最大;高声速液体出现了射流头部区域先于射流颈部区域受到干扰断裂的现象,且受干扰速度区间变小,区间上、下限值增大。本文所做的研究对液态复合装甲设计提供了科学依据,进一步推进了液态复合装甲的发展。     

活性粉末混凝土抗冲击性能研究

 为验证新型遮弹材料钢纤维活性粉末混凝土(RPC)的抗冲击性能，利用自行研制的含纤维率为5%的RPC试件进行多组侵彻与接触爆炸试验。利用弹径分别为57与80 mm的半穿甲弹与钻地弹进行侵彻试验，2种实弹的着靶速度分别为300～600与800～900 m/s。通过将RPC试件的多组侵彻试验数据与利用经验公式计算所得半穿甲弹侵彻C30钢筋混凝土的深度以及钻地弹侵彻C30钢筋混凝土的试验数据进行对比分析可知，该RPC材料的抗侵彻性能是C30钢筋混凝土的2倍左右，同时验证用于计算RPC侵彻深度的理论公式的正确性，并分析了影响RPC抗冲击性能的因素。利用质量为0.5～3.0 kg的多组TNT炸药进行接触爆炸试验，通过将RPC试件的多组接触爆炸试验数据与利用经验公式计算所得的C30钢筋混凝土接触爆炸结果进行对比分析可知，该RPC材料的抗侵彻性能是C30钢筋混凝土的3倍左右，同时得到该RPC材料的爆炸压缩系数为0.042，填补了国防工程设计中的空白。     

活性粉末混凝土抗冲击性能研究

为验证新型遮弹材料钢纤维活性粉末混凝土（RPC）的抗冲击性能,利用自行研制的含纤维率为5%的RPC试件进行多组侵彻与接触爆炸试验。利用弹径分别为57与80 mm的半穿甲弹与钻地弹进行侵彻试验,2种实弹的着靶速度分别为300～600与800～900 m/s。通过将RPC试件的多组侵彻试验数据与利用经验公式计算所得半穿甲弹侵彻C30钢筋混凝土的深度以及钻地弹侵彻C30钢筋混凝土的试验数据进行对比分析可知,该RPC材料的抗侵彻性能是C30钢筋混凝土的2倍左右,同时验证用于计算RPC侵彻深度的理论公式的正确性,并分析了影响RPC抗冲击性能的因素。利用质量为0.5～3.0 kg的多组TNT炸药进行接触爆炸试验,通过将RPC试件的多组接触爆炸试验数据与利用经验公式计算所得的C30钢筋混凝土接触爆炸结果进行对比分析可知,该RPC材料的抗侵彻性能是C30钢筋混凝土的3倍左右,同时得到该RPC材料的爆炸压缩系数为0.042,填补了国防工程设计中的空白。     

侵彻爆炸荷载作用下高拱坝局部毁伤效应评估

高拱坝坝身较薄,遭受侵彻爆炸打击时将产生严重的局部破坏效应。为此,采用声固耦合法建立了库水-高拱坝-地基系统的动态耦合作用模型,基于SPH-FEM耦合算法模拟侵彻爆炸近区的大变形及毁伤发展过程,并通过开展拱坝内部爆炸缩比模型试验,验证了所建立的高拱坝侵彻内部爆炸分析模型的可靠性;在此基础上探讨了高拱坝遭受侵彻爆炸打击时的局部毁伤特性,研究了高拱坝不同部位遭受侵彻爆炸打击后的局部破坏效应,揭示了高拱坝侵彻爆炸的局部毁伤破坏机理;同时,基于高拱坝侵彻爆炸局部毁伤特征,提出了高拱坝局部毁伤判定指标,并建立了局部破坏分级准则,评估了高拱坝不同部位遭受侵彻爆炸的局部毁伤破坏等级。结果表明：高拱坝中上部区域遭受侵彻爆炸时局部毁伤效应最严重。