钨合金长杆弹斜侵彻间隔靶的数值仿真与试验

采用显式动力学分析软件LS-DYNA,对钨合金长杆弹斜侵彻三层间隔靶板的情形进行了数值仿真,并进行了试验验证。结果表明：试验数据与仿真结果吻合良好,子弹可对预定靶标实施有效毁伤。建立的仿真方法可用于指导长杆弹的优化设计、毁伤效果评估以及侵彻多层间隔靶相关问题的研究。     

弱约束抛撒条件下子弹对靶板扩孔能力研究

为提高在弱约束抛撒条件下子弹的毁伤效果,采用数值模拟与实验相结合的方法对薄壳子弹以不同攻击姿态对金属靶板的扩孔能力进行研究。建立子弹侵彻金属靶板的有限元模型,对不同着角、攻角情况下的穿甲过程进行数值模拟;对子弹各部件过载及装药安定性进行分析,并完成了不同工况下扩孔情况的计算。计算结果与实验结果一致性很好,相对误差小于10%。结果表明,该方法适合于弱约束抛撒条件下子弹对靶板的扩孔能力研究。     

高速杆条对薄靶板切割毁伤影响因素分析

为研究杆条破片对薄靶板的切割毁伤特性,对杆条切割毁伤特性的影响因素进行了分析,建立了高速杆条对薄靶板切口长度的投影计算模型,模拟了典型入射条件下杆条对薄靶板的切割毁伤。分析指出杆条对薄靶板的切割毁伤特性除了受杆条和靶板的自身因素影响外,还受到杆条着靶速度、攻角、入射角及面角等入射条件的影响。当攻角大于15°时,投影计算结果与模拟计算结果差值在10%以内,投影计算模型可用于目标易损性分析。     

长杆弹超高速侵彻金属靶体的实验和模型分析

长杆动能弹体超高速侵彻金属靶板的终点效应是坦克、装甲车和舰船等装备防护设计和穿甲毁伤评估研究的重点。基于已有的大量长杆弹超高速(着靶速度达5.5 km/s)侵彻实验数据,详细讨论了弹体尺寸效应、长径比、弹靶材料和弹体头部形状等参数对长杆弹侵彻深度的影响。进一步结合4组不同弹靶材料的长杆弹侵彻实验数据,对比分析了已有4个长杆弹高速侵彻金属靶体经典理论模型的预测效果,给出了各模型的使用建议。得出的结论可供武器毁伤和金属装甲效能评估和设计参考。     

PELE侵彻复合装甲数值模拟

为了探究横向增强型侵彻体(PELE)侵彻复合装甲后的毁伤效果,采用显式非线性动力分析软件AUTODYN,对装填特氟龙(聚四氟乙烯)的侵彻膨胀弹以900 m/s着靶速度侵彻复合靶板的过程进行了数值模拟,得到PELE弹对复合靶侵彻破坏效应及相关参数。结果表明:聚碳酸酯(玻璃纤维)、聚氨酯(泡沫塑料)与凯夫拉复合装甲的结构均被PELE的横向效应所破坏;复合装甲的夹心材料不同,靶板的破坏程度也不尽相同;复合装甲能对PELE的横向效应起到一定的抑制作用,而凯夫拉材料抑制作用较好。     

低侵彻陶瓷枪弹对航空有机玻璃的侵彻性能分析

为了改善常规枪弹杀伤过剩,在9 mm手枪基础上使用陶瓷枪弹进行试验,研究了陶瓷枪弹侵彻航空玻璃,并进行了结果分析。运用LS_DYNA有限元软件,对不同速度的低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃进行数值模拟,对比弹头的破碎效果和对航空有机玻璃的毁伤效果,分析低侵彻陶瓷枪弹的破碎性能和对航空有机玻璃的侵彻威力。研究结果表明:低侵彻陶瓷枪弹具有良好的破碎性能,速度对低侵彻陶瓷枪弹侵彻航空有机玻璃的毁伤效果影响很大,存在充分发挥低侵彻陶瓷枪弹能力的速度区间。     

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

弹体侵彻岩石-混凝土复合靶数值分析

为研究弹体高速侵彻花岗岩-C60混凝土复合靶板的侵彻规律,通过显示动力学软件LS-DYNA建立了尖卵形弹体侵彻复合靶板的数值仿真模型,分析了不同入射速度,不同靶板倾角下弹体高速侵彻复合靶板作用过程,得出弹体速度、靶板倾角对弹体侵彻复合靶板的影响规律。由仿真结果可得：弹体余速随入射速度的增加呈现先增大后减小的趋势,弹体磨蚀率随入射速度的增加呈现增大的趋势。当弹体入射速度一定时其偏转角随靶板倾角的减小呈现增大的趋势,且弹体侵彻第2层靶板时其偏转角较第1层靶板还有所增加。弹体过载与入射速度呈正相关且与弹体质量磨蚀有关,当弹体弯曲时弹体过载会上升。     

杆式动能体侵彻移动靶板数值仿真研究

为研究不同速度的杆式动能体以不同攻角、不同着角对不同移动速度的靶板侵彻毁伤效果,运用ABAQUS软件对侵彻过程进行数值模拟,仿真得到不同初速的动能体以不同攻角、不同着角侵彻不同速度移动靶板后的速度、偏转角、扭转角、剩余质量及对靶板的毁伤面积。结果表明:就穿甲能力而言,攻角在60°左右最好;就毁伤效应而言,在一定的速度下应是攻角越小或者越大越好;相对于正穿靶,动能体以一定着角斜穿靶其毁伤效果大幅下降。     

球形含能结构材料弹体超高速撞击多层薄钢靶的毁伤特性

为研究含能结构材料对多层薄钢靶的超高速毁伤特性,利用二级轻气炮开展了PTFE/Al基和Al基全金属两种含能结构材料超高速撞击多层钢靶的典型毁伤模式研究,得到了材料类型和侵彻速度对毁伤效应的影响。研究结果表明,相比于惰性金属材料,两种含能结构材料对多层薄钢靶均具有明显的靶后横向毁伤增强效应,能够对第二层靶板产生大破孔的毁伤效果,破孔孔径可达弹径的4倍以上。基于AUTODYN数值仿真软件开展了含能结构材料参数有效性验证和含能弹体不同侵彻速度下毁伤效果的数值仿真,结果显示J-C强度模型联合Lee-Tarver三项式点火反应模型和J-C强度模型联合Shock状态方程分别能够较好地描述PTFE/Al基和Al基全金属含能结构材料对多层薄钢靶的破孔毁伤特性。此外,材料释能机制的差异使得提高侵彻速度对提升PTFE/Al基含能结构材料的毁伤效果的作用有限,但能够明显提升Al基全金属含能结构材料对多层钢靶板的毁伤效果。     

易碎穿甲弹材料性能研究

为研究弹体材料性能对易碎穿甲弹破碎特性的影响,采用AUTODYN有限元软件,模拟了不同材料性能弹体对有限厚靶的作用过程,并根据斜侵彻有限厚靶过程中弹体发生折断现象的物理模型,分析了材料性能对折断现象的影响规律。结果表明：在一定范围内,弹体的破碎特性随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小而提高;在大角度斜侵彻过程中,随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小,弹体易于发生折断现象。     

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.     

刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400～700 m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300～700 m/s,转速0～1 500 r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。     

掘进侵彻弹形与侵彻混凝土深度演绎过程研究

为研究掘进侵彻弹形与深度的演绎过程,运用LS-DYNA动力学软件对不同弹形头部、不同着速下掘进侵彻混凝土过程进行了仿真研究,仿真结果表明:低着速时,带切削刃的钻形掘进侵彻方式可提高侵彻深度; 高着速时,卵形弹更具优势; 旋转速度为70 kr/min时,加载速度为350～500 m/s时,带切削槽的卵形弹能使侵彻深度最大; 在较优加载条件时,切削槽的深度对侵彻深度影响最大,斜度影响次之,切削槽的迎靶面形状对侵彻深度影响最小。试验结果与仿真结果吻合较好。     

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用 LS-DYNA 显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明：根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现“J”弹道。     

弹体高速侵彻两种强度混凝土靶的对比研究

随着武器系统打击能力的不断提升,高强度混凝土被越来越多地应用到防护设施中。为研究弹体侵彻高强度混凝土的现象和规律,进行了弹体高速侵彻C60高强度混凝土的试验,并与已开展的弹体高速侵彻C35普通强度混凝土试验结果进行对比。采用基于空腔膨胀理论的计算方法、经验侵彻公式法和节点回退法等方法对两组试验中的弹体侵彻深度、弹体侵蚀进行了分析。计算和试验结果表明：相比于弹体侵彻C35混凝土试验,相同速度下侵彻C60混凝土弹体的过载约为其1.8倍,侵彻深度为其52%;C60混凝土靶表面破坏更大,表明随着强度的提高混凝土脆性变大;在骨料切削影响条件相同情况下,侵彻C60混凝土弹体的侵蚀更大,表明高强度混凝土的砂浆对弹体侵蚀作用变大。     

钨合金弹侵彻运动圆柱壳靶板的数值模拟

采用有限元软件,对钨合金弹以不同速度侵彻具有不同横向运动速度的圆柱壳靶板的过程进行了数值模拟。计算结果表明,钨合金弹的剩余速度和剩余动能随着靶板的横向速度的增大而急剧降低,随着钨合金弹的侵彻速度的增大而增大,而靶板横向速度对钨合金弹剩余速度的影响在低速侵彻时比高速侵彻要大。