铜基非晶合金双层药型罩射流形成及侵彻性能

为了研究Cu基非晶合金Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈双层聚能药型罩的射流成型和侵彻能力,以等壁厚的单层铜药型罩和Cu-BMGs药型罩作为对比,分别选用铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al材料作为外罩,Cu基非晶合金作为内罩,利用AUTODYN软件建立二维有限元模型,模拟了Cu基非晶合金双层聚能药型罩的射流成型、拉伸及侵彻过程,对比分析了各组药型罩射流的成型特点、稳定性和侵彻性能。通过仿真得到4种双层聚能药型罩射流成型后射流头部速度介于Cu-BMGs药型罩和铜药型罩之间,其中聚乙烯为外罩时,射流头部速度最高,侵彻深度最大,但射流稳定性最差;铝为外罩时,射流长度最长,射流稳定性最好;PTFE/Al为外罩时,开孔直径最大,但侵彻深度最小,与Cu-BMGs药型罩的相当。铝、钛、聚乙烯和PTFE/Al为外罩时,Cu基非晶合金双层药型罩的射流对纯铁靶侵彻深度分别为104、103、111、91.5 mm,开孔直径分别为12.5、20、18.8、45 mm,综合考虑侵彻深度和侵彻孔径,聚乙烯、PTFE/Al作为外罩时,Cu基非晶合金双层聚能药型罩的侵彻性能优于铝、钛作为外罩时的侵彻性能。     

聚四氟乙烯基药型罩射流成型凝聚性研究

聚四氟乙烯（PTFE）基含能药型罩射流成型凝聚性关系到射流侵彻毁伤效果。通过数值模拟和试验验证相结合的方法,对PTFE/Ti/W含能药型罩射流成型特性开展研究。结果表明：含能药型罩与惰性铝罩的射流具有明显差异,由于含能药型罩材料声速较低,爆轰压垮药型罩形成脱体波,导致射流在飞行过程中会呈现径向发散效应,随着药型罩密度增加,射流凝聚性加强;含能侵彻体在成型过程中会不断发生反应膨胀,随着时间的增长,侵彻体轮廓逐渐模糊,密度不断减小;基于惰性材料模型的数值仿真方法能够在一定时间范围内对射流成型进行准确模拟,当侵彻体由于反应而造成的形貌改变不可忽略时,仿真与实际具有一定差距。     

带隔板装药的杆式射流成型试验及侵彻特性分析

带隔板偏心的亚半球罩装药可形成杆式射流,为研究其成型及侵彻特性,以等质量原则设计了3种偏心的亚半球药型罩,开展杆式射流成型的X光试验及静破甲试验,对比不同变壁厚方式偏心亚半球罩杆式射流的成型形态及侵彻能力,找出了形成最佳杆式射流的药型罩变壁厚。研究结果表明,罩顶和罩口厚、中间薄形状形成杆式射流的杵体小,成型效果最佳,侵彻能力强,孔径均匀。通过理论研究杆式射流的成型参数,获得了杆式射流的速度和质量分布,罩顶和罩口部厚、中间薄形状药型罩形成杆式射流的质量较传统单锥罩提高22%,头部速度提高10%.     

聚能杆式射流侵彻混凝土和岩石靶体试验与数值模拟

为研究聚能杆式射流成型及其对混凝土和岩石靶体的侵彻破坏特性，分别开展了大隔板聚能装药射流成型X光试验及侵彻混凝土和岩石靶试验。同时，利用ANSYS/AUTODYN有限元软件，针对大隔板聚能装药爆轰波演化过程、杆式射流成型及侵彻混凝土和岩石过程进行了数值模拟，结合试验结果分析了聚能杆式射流对混凝土和岩石靶体的侵彻毁伤特性。研究结果表明：大隔板聚能装药炸药采用Lee-Tarver状态方程能够较为准确的描述爆轰波的传播过程，射流参数（侵彻体长度、射流长度、射流头部速度和射流直径）与试验相比最大误差为12.8%。大隔板聚能装药起爆后可形成大长径比的杆式射流，侵彻后的混凝土和岩石靶中均有明显的开坑区，但侵彻混凝土过程中扩孔作用不明显。其中，侵彻试验中混凝土靶形成的侵彻深度和侵彻孔径相较于岩石靶分别提高了46.7%和48.1%，而岩石靶表面破坏程度和开坑区域均大于混凝土靶。与混凝土靶相比，由于射流侵彻岩石靶过程中裂纹的不断扩展，形成的裂纹长度和宽度均大于混凝土靶，因此靶体损伤范围较大，内部破坏严重。     

等腰梯形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

为研究等腰梯形截面聚能装药射流成型及对靶板的毁伤特性,开展脉冲X光摄影试验以及侵彻深度试验.利用ANSYS/LSDYNA有限元软件对射流成型过程进行数值模拟,研究其余参数不变,装药截面内切圆尺寸变化对射流成型特性的影响.结果表明:等腰梯形截面聚能装药形成的射流具有横向速度,横向速度呈梯度分布;除射流头部外,其余部分在拉...     

椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

为研究椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性,以及截面短轴一定时,长短轴之比对椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性的影响,开展了截面短轴直径为56 mm,长短轴之比分别为1、1.5、2的椭圆形截面聚能装药在炸高为80 mm下的侵彻深度(DOP)试验,利用ANSYS/LS?DYNA有限元软件对相关椭圆形截面聚能装药的射流成型及靶板侵彻过程进行了数值模拟。结果表明:椭圆形截面聚能装药形成的射流,除射流头部在运动拉伸过程中持续呈凝聚态外,其余部分在运动拉伸后期呈非凝聚态,非凝聚的射流由关于截面长轴面对称分布的两束具有横向速度的流体组成;射流的非凝聚现象将明显降低射流的侵彻能力;截面短轴直径为56 mm,长短轴之比从1变化至1.5时,侵彻深度由150 mm下降至47.5 mm,下降了68.3%,长短轴之比大于1.5时,侵彻能力无明显变化。     

钨丝增强锆基非晶材料弹芯侵彻弹坑特征研究

利用靶试及数值计算研究钨丝增强锆基非晶弹芯侵彻弹坑形貌及直径,并进行理论分析.结果表明:钨丝增强锆基非晶弹芯侵彻弹坑较93W合金弹坑细长,且弹坑底部更尖锐.在稳定侵彻阶段,钨丝增强锆基非晶弹芯侵彻弹坑平均直径为10.1 mm,较93W合金弹坑小8.2％,这归因于钨丝增强锆基非晶动态压缩强度更高,侵彻过程具有"自锐"特性.     

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.     

PTFE基含能药型罩射流释能特性及影响因素

为了研究聚四氟乙烯(PTFE)基含能药型罩的动态释能特性及其形成的射流对目标的侵爆毁伤效果,采用静爆试验测量了含能射流与铝射流在准密闭容器中的动态超压,并通过理论计算得到射流释能及释能效率.分析认为,含能射流在成型过程中会发生爆燃反应,相比于铝射流,含能射流超压峰值可提升3～4倍.对于30 g含能药形罩,钨(W)含量为0％～70％时,随着W含量提高,射流释能降低,但药型罩承受爆炸驱动载荷提高,且钨颗粒与活性金属摩擦加剧,射流释能效率提高.对于PTFE/Ti药形罩,在13～30 g范围内,随着药型罩质量增加,射流释能量提高,但侵彻体成型压力降低,射流释能效率下降.     

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.     

基于SPH方法的低密度粒子流成型数值仿真

为研究低密度材料药型罩形成粒子流的特性,使用AUTODYN有限元软件采用光滑粒子流体力学(SPH)方法对低密度材料药型罩形成粒子流进行数值仿真研究,进行了实验验证。药型罩材料选用聚四氟乙烯(PTFE)基体中加入质量分数为38.5%,密度为8.93 g·cm~(-3)铜粉的改性聚四氟乙烯/铜(PTFE/Cu)。研究结果表明:SPH方法可以有效地模拟爆炸和粒子流的形成,且在数值模拟过程中选择炸药粒子间距和药型罩材料粒子间距均为0.03 cm较为合适;在爆轰波的作用下,PTFE/Cu材料药型罩无法形成凝聚的射流,会形成飞散的粒子流,通过X光照片可以观察到射流是非常细小的颗粒,且光学密度沿径向增加;在40μs前仿真与实验形成粒子流的形态有很高的相似性,仿真结果与实际情况吻合性较好,而在100μs后实际粒子流的运动表现出很强的不确定性,出现螺旋、偏移等现象。     

截顶装药结构的成型特性研究

截顶结构超聚能装药较常规聚能装药具有更加优异的综合毁伤能力,即侵彻深度和侵彻口径可以大幅度提升.为了提高大锥角聚能装药结构的侵彻深度和侵彻口径,对大锥角聚能装药进行了截顶结构设计,通过调整附加装置结构及材料,并对药型罩的结构进行调整,初步设计了6组方案,利用AUTODYN-2D软件对不同聚能装药结构的成型特性进行数值仿...     

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。     

环形射流和中心爆炸成型弹丸组合战斗部对混凝土墙的破孔特性

为解决墙体大孔径开孔问题,设计了一种可以对混凝土墙体形成较大开孔的环形射流和中心爆炸成型弹丸（EFP）组合战斗部。针对环形射流成型过程中容易发生扭曲偏斜的问题,提出了变壁厚环形药型罩,通过两个偏心圆来实现环形药型罩的变壁厚,并用偏心距来决定壁厚变化的梯度。通过数值模拟,对4种不同壁厚变化梯度的环形药型罩成型过程进行分析,研究环形射流和中心EFP组合战斗部对混凝土墙体的破孔特性,得到壁厚变化梯度对环形射流形态的影响规律,确认最优的环形药型罩结构,保证环形射流具有良好的密实度和形态的同时也具有一定的外扩角度。试验验证了组合战斗部的破孔能力,结果显示组合战斗部可以对混凝土墙体形成直径大于2.5倍装药口径的通孔。     

钨铜射流成形的细观数值模拟分析

为研究钨铜复合材料聚能射流成形的细观机理及材料细观结构对射流成形的影响,基于随机投放原理编制了钨铜复合材料细观离散化模型生成程序,建立了不同两相配比及钨颗粒尺寸的钨铜药型罩细观离散化模型。应用动力学仿真AUTODYN-2D软件中的欧拉算法,对钨铜细观模型及其等效均质药型罩开展了聚能射流成形的细观尺度有限元数值模拟分析。研究结果表明,钨铜材料在爆炸载荷驱动下铜相与钨相速度有显著差异,钨颗粒含量沿射流尾部至头部分布不均匀,呈现依次递减的趋势。在一定钨颗粒尺寸下,射流中钨含量相对变化量随着原始药型罩中钨含量降低而增大,钨体积含量30%的钨铜材料形成射流中平均钨含量降低65%,其中头部钨含量下降达90%;在给定罩材两相配比时,射流中钨含量随着钨颗粒尺寸的增大而降低,高钨含量的钨铜射流成分分布不均匀性对颗粒尺寸的变化更加敏感。     

爆炸物处理用水射流战斗部仿真研究

为了低成本的处理爆炸物,提出一种新型的水射流排爆战斗部结构。利用ANSYS/LS-DYNA软件完成了爆炸载荷下不同方案的水束成型的数值模拟,并对优化前后的水束头部速度进行对比分析。研究表明,在装药长径比一定的前提下,当容器锥角为60°、内腔高度为25mm时,水射流头部速度可达4537m/s,可以引爆大多数高能炸药,在爆炸物处理领域有良好的应用前景。此方法对今后的排爆工程有一定借鉴价值。     

药型罩锥角对有利炸高影响的数值分析

文中利用AUTODYN-2D有限元分析软件,分别对不同锥角的药型罩形成射流侵彻钢靶板过程进行了数值模拟和对比分析。结果表明:在一定范围内,有利炸高随药型罩锥角角度的增加而增加,侵彻深度随药型罩锥角增加而减小。此结论与文献[1]得到的结论相吻合,验证了该数值仿真模型的正确性。