集束钨丝壳体PELE撞击靶板的动态响应

为克服目前普遍采用的钨合金壳体的PELE侵彻能力不足、靶后破片形状不规则等问题,提出采用集束钨丝复合材料制作PELE壳体,对其穿甲过程进行了试验研究,利用有限元分析软件 ANSYS/LS-DYNA对PELE撞击靶板的动态响应进行了数值仿真,仿真结果与试验结果的对比分析表明：集束钨丝壳体 PELE 在穿透靶板后能产生明显的横向效应;与钨合金壳体PELE相比,集束钨丝壳体 PELE 靶后形成破片速度更高、破片形状更规则,具有更优异的侵彻能力和横向毁伤性能。     

长径比及着靶姿态对钨柱极限穿透速度的影响

为了解长径比及着靶姿态对钨柱破片极限贯穿速度的影响,在试验基础上,通过仿真研究不同长径比下,钨柱(23g)侵彻10mm厚的40Cr靶和均质装甲钢的极限穿透速度随着靶姿态的变化情况。研究结果表明:长径比和着靶姿态是影响极限贯穿速度的重要因素,在一定重量条件下,当长径比为0.8,着靶姿态对极限贯穿速度的影响较小,当长径比大于1.2,着靶姿态对极限贯穿速度的影响非常明显。这一结论为破片战斗部设计提供重要的参考依据。     

陶瓷复合靶板抗侵彻性能试验及数值研究

为研究叠层复合靶板结构对防护性能的影响机理,对两种不同排布结构的靶板进行侵彻试验及数值模拟研究。根据DOP(depth-of-penetration)实验方法,进行14.5 mm穿甲弹对10 mm厚氧化铝陶瓷+10 mm芳纶板+6 mm 616装甲钢以及10 mm厚氧化铝陶瓷+6 mm 616装甲钢+10 mm芳纶板两种结构靶板的侵彻试验研究,通过数值模拟进一步分析弹丸侵彻不同排布结构的靶板变形破坏过程。结果表明:两种靶板结构中前者防护性能优于后者,其防护系数分别为3.41和3.30;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;芳纶位于陶瓷板及装甲钢之间,有助于缓解二次冲击对陶瓷板的损伤。     

集束钨丝壳体材料特性参数对PELE作用性能影响的数值模拟

为克服目前普遍采用的钨合金壳体横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻能力不足、靶后破片形状与数量不可控、横向毁伤效果不理想等不足,采用集束钨丝制作PELE壳体,并对其穿甲过程进行了数值模拟。与钨合金壳体PELE的作用效果进行对比,发现集束钨丝壳体PELE的侵彻能力和横向毁伤性能均优于钨合金壳体PELE;在本研究所采用PELE结构条件下,钨丝直径取0.5~1 mm、体积分数取40%~60%、粘结相选用镍铁合金时,集束钨丝壳体PELE综合毁伤能力较好。     

钨柱对40Cr侵彻效应影响的研究

在实验的基础上,运用数值仿真方法研究了长径比约为1∶1钨柱的着靶姿态对40Cr钢板侵彻效应的影响。获得了入射角与极限穿透速度的关系,以及侵彻速度相同时,入射角与穿透靶板后剩余速度的关系。在此基础上研究了同种规格的钨柱侵彻不同厚度的均质装甲钢和40Cr钢板时极限穿透速度的关系,得到了两者速度比为1.13∶1的结论,为寻求低成本等效靶板提供了有效试验依据。这些研究成果对破片毁伤战斗部的设计具有实际指导意义。     

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。     

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。     

卵形头部弹侵彻单多层混凝土靶板有限元仿真

单多层混凝土靶板已被广泛用于军用防护领域,为研究其抗侵彻性能,利用有限元程序LS-DYNA,对卵形弹以360～1 058 m/s的速度侵彻单多层混凝土靶板进行了数值计算,比较计算与试验下的弹丸剩余速度,讨论混凝土靶板的破坏现象,分析弹丸对单多层混凝土靶板的侵彻规律及靶板厚度对弹丸过载特性的影响.计算结果与试验结果相吻合,表明所建立的弹丸侵彻混凝土模型是有效的.     

无量纲参数对破片弹道极限速度的影响

为开展93W钨合金破片对616装甲钢侵彻性能的研究,通过弹道枪试验分别对立方破片(底面为正方形)和圆柱破片进行了弹道极限速度测试,并基于试验结果对理论公式进行了修正,修正后的公式可应用于预测破片弹道极限速度。将仿真结果与试验结果进行了对比,验证了材料的可靠性,根据破片初速及剩余速度建立回归方程,外推得到破片的弹道极限速度,并进一步研究了无量纲弹长及无量纲靶厚对弹道极限速度的影响。结果表明,当确定破片及靶板的材料后,弹道极限速度仅与无量纲弹长和无量纲靶厚有关; 当无量纲弹长与无量纲靶厚确定后,破片形状对弹道极限速度的影响非常明显,立方破片更容易穿透靶板。当无量纲靶厚为1.6时,破片正侵彻12 mm厚度的靶板,弹道极限速度随破片无量纲弹长的增加而加大,且无量纲弹长每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约45 m/s; 当无量纲弹长为1.0时,破片正侵彻不同厚度的靶板,弹道极限速度随无量纲靶厚的增加而加大,且无量纲靶厚每增加0.1,破片的弹道极限速度增加约50 m/s。     

钼射流对钢板侵彻能力数值模拟研究

为研究钼在药型罩上的应用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对药型罩不同结构参数进行数值仿真,并采用多物质ALE算法模拟射流侵彻钢靶过程。研究结果表明:采用变壁厚结构圆锥罩,装药直径为126 m时选择顶部壁厚2mm、底部壁厚1.5 mm,壁厚变化率为0.7%,为最优壁厚;选择锥角为60°,最高头部速度可达12.0 km/s以上,形成最大有效射流长度为1 161.09 mm;侵彻500 mm装甲钢靶,250 mm处为最佳炸高。与铜相比,钼药型罩形成射流侵彻能力优于铜。     

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.     

垫块结构对PELE横向效应的影响

为了研究垫块结构对PELE侵彻钢筋混凝土靶开孔尺寸的影响,在分析侵彻过程受力情况的基础上建立了工程模型,利用数值仿真和试验研究的方法分析了具有不同压力角垫块结构的PELE侵彻钢筋混凝土靶,与未添加垫块结构PELE侵彻钢筋混凝土靶进行了对比分析,工程模型对垫块压力角的计算结果与试验结果吻合较好。结果表明:垫块的压力角大小对PELE侵彻钢筋混凝土靶的横向效应影响显著,且存在最优压力角;添加垫块并且改变压力角大小可以增强PELE的横向效应;具有45°压力角的垫块结构和未添加垫块的PELE侵彻钢筋混凝土的作用机理相差较大。     

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。     

穿甲弹垂直侵彻陶瓷复合靶弹道极限速度的研究

为研究7.62 mm穿甲弹垂直侵彻陶瓷金属复合靶板的弹道极限速度,基于能量守恒提出一种改进的理论分析模型,进行了7.62 mm穿甲子弹侵彻陶瓷/装甲钢复合靶板的试验研究,并通过理论分析的方法对试验结果进行验证计算。研究结果发现:陶瓷/装甲钢复合靶板利用该理论分析模型计算出的弹道极限速度与弹道试验结果吻合的较好;综合理论分析和数值模拟分析结果,得出弹道极限速度与陶瓷锥质量正相关。基于理论模型的可靠性,可预测不同复合靶板厚度下弹芯剩余高度,得出陶瓷厚度是决定弹芯剩余高度主要因素。     

极限穿透速度与靶板材料动态屈服强度

以钨球侵彻装甲板试验研究结果为依据，运用牛顿第二定律，对不同弹靶条件下靶板材料的动态屈服强度进行了计算．结果表明，靶板材料的动态屈服强度并非常数，而与靶板厚度有直接关系，进而对极限穿透速度计算公式中靶板材料动态屈服强度一项进行修正，采用修正公式可获得与试验数据相符的结果．     

长径比对侵彻膨胀弹横向效应的影响

采用有限元软件LS-DYNA,对装填尼龙的侵彻膨胀弹以1200m/s着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟,获得了长径比对侵彻膨胀弹横向效应产生的影响规律。结果表明:当长径比较小时,整个弹体基本都发生横向效应,但穿透靶板后的残余速度较小;当长径比较大时,弹体的一部分发生横向效应,穿透靶板后的残余速度很大;综合考虑横向效应的有效发挥和影响因素,侵彻膨胀弹的长径比取4∶1～6∶1比较适宜。     

射流侵彻水夹层间隔靶的理论和实验研究

为得到聚能射流侵彻水夹层间隔靶规律,选取50 mm口径聚能装药对水夹层间隔靶(2 mm×4 mm钢靶板+100 mm水夹层)的侵彻过程进行了理论和实验研究。结合准定常侵彻理论和数学归纳法建立了射流侵彻水夹层间隔靶理论模型,得到了射流头部速度与侵彻距离之间的关系。为验证理论模型,用脉冲X光和计时仪获得了多个侵彻阶段的射流头部速度。通过模型分析了水夹层间隔靶结构对射流剩余头部速度的影响。结果表明:建立的理论模型正确,由其得到的射流穿过水夹层间隔靶后的剩余头部速度理论值与实验值平均误差为4.6%;当靶板厚度小于20 mm,且水夹层间隔小于150 mm时,水夹层间隔靶对射流头部速度的衰减效率较高。     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。