K装药杆式射流形成及侵彻研究

针对K装药结构,基于改进的射流成型理论,建立了 K 装药射流形成与侵彻理论模型,并通过 Mathematica软件编程计算射流成型过程。结果表明：相对于传统锥形罩装药,同样药型罩结构的 K 装药形成射流的头部速度提高了31.02%,质量堆积点降低了23.8%,射流长度增加了30.5%。优化设计适用于 K 装药的偏心亚半球型药型罩,形成了速度较高、质量比大、质量堆积点降低且更易拉长的杆式射流,并进行了静爆试验验证,理论计算与试验的侵彻深度结果误差为5.8%。     

双层介质隔板试验及被发炸药冲击起爆特性分析

为研究双层介质隔板下被发炸药的冲击起爆特性,建立了考虑侧向稀疏波影响的被发炸药冲击波能量计算模型,并开展锰铜压阻传感器测压试验。获得了由有机玻璃与LY-12铝合金组合的双层介质隔板排序（两种不同波阻抗顺序）、总厚度h（30~60 mm）与厚度分配（有机玻璃厚度比例10%~90%）对透射到被发炸药中冲击波各参量的影响规律,试验验证了被发炸药透射冲击波压力及其冲击起爆情况。研究结果表明：选取波阻抗递增的排序时透射冲击波能量较低,对炸药的安全性更有利;随着总厚度的增加,透射冲击波能量逐渐降低,且下降幅度逐渐减小;透射冲击波能量随厚度分配的变化规律与总厚度有关,随着有机玻璃厚度比例的增加,透射冲击波能量呈不断递增（h=30 mm）、先递增再递减（h为40~60 mm）的趋势。     

双锥罩射流侵彻钢靶侵深计算模型

为了完整地描述双锥罩聚能射流侵彻钢靶的全过程,利用冲击波Hugoniot关系修正伯努利方程,结合改进的PER理论推导双虚拟原点,建立了考虑冲击波、射流速度分布及射流状态等影响因素的侵深计算模型。通过试验验证了考虑冲击波、双虚拟原点及射流断裂影响的计算模型能够提高预测侵深的准确性,比较了各分界点因素对射流侵深的影响,获得了炸高及双锥罩结构参数对射流侵深的影响规律。研究结果表明：随着炸高的增大,连续射流与断裂射流分界点的出现将早于冲击波影响分界点;头部速度、拐点速度和侵彻深度均随上锥角的增大而减小;随着上锥高占罩高比例的增大,射流头部速度、侵彻深度逐渐增大,而射流拐点速度呈下降趋势。     

多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究

起爆方式对双层药型罩爆炸成型弹丸（EFP）成型特征参数及终点毁伤效应具有重要影响。基于双层药型罩EFP战斗部静爆试验结果,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆点数目对双层药型罩EFP战斗部成型及侵彻特性的影响规律。研究结果表明：当起爆点数目在4～8时,双层药型罩EFP战斗部可起爆成型具有良好空气动力学特性及优良终点毁伤效应的带尾翼大长径比聚能侵彻体;当起爆点数目为6时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体终点毁伤效应的最大侵彻深度达到1.07倍的装药口径,较端面单点中心起爆方式获得侵彻体侵彻钢靶的最大深度提高了32%.     

双层含能药型罩K装药射流成型及侵彻性能试验

为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni?Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni?Cu双层含能药型罩与Cu?Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni?Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu?Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。     

亚半球罩聚能装药的杆式射流特性研究

杆式射流具有侵彻能力大、药型罩利用率高、后效大和对炸高不敏感等特点。文中利用数值模拟和理,论分析的方法．分析了亚半球罩聚能装药具有的杆式射流的一些特性,并用实验进行了验证。文中对杆式射流的研究和亚半球罩聚能装药的应用具有较强的实用价值。     

装药长径比对聚能杆式侵彻体成型的影响

运用LS-DYNA仿真软件模拟了聚能杆式侵彻体的成型,并通过X光成像试验进行了验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好.分别研究了同一时刻、同一炸高及断裂时刻,不同装药长径比聚能杆式侵彻体的成型情况,找出了获得较佳聚能杆式侵彻体的装药长径比为0.9～1.2.研究结果表明,当装药长径比超过1.2,再增加装药长径比对聚能杆式侵彻体头部速度影响很小;装药长径比大于0.9以后聚能杆式侵彻体的飞行稳定性较佳.     

带隔板中空装药的EFP成型研究

为了得到适用于带隔板中空装药的爆炸成型弹丸战斗部的药型罩结构,通过数值计算对带隔板中空装药的EFP战斗部成型过程进行模拟,分析了EFP成型过程中药型罩表面微元的轴向速度和径向速度随距罩中心距离的变化曲线,得到了大锥角罩和球缺罩结构情况下EFP的成型规律。分析带隔板中空装药的EFP战斗部采用这2种药型罩结构形成EFP的特点,大锥角罩形成的EFP有良好的尾裙结构但头部形状不佳,球缺罩形成的EFP有良好的头部形状但尾裙结构不佳。弧锥结合罩综合这2种形状药型罩的优点,可以形成具有良好头部形状和尾裙结构的EFP。优化设计了一种弧锥结合罩结构并进行了试验验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

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。     

杀伤元侵彻明胶虚拟试验技术研究

为了更好地预测杀伤元的杀伤效果,逐步实现虚拟试验替代实际试验,基于杀伤元侵彻明胶精确仿真技术,考虑实际试验中随机变量、试验工况、试验样本量、结果数据处理、试验结果评估及虚拟场景等要素,将有限元软件DYNA形成的杀伤元侵彻明胶求解K文件与VC++ 6.0程序开发结合起来,在求解K文件中自动添加随机变量。同时融入相对标准差公式、杀伤效能评估方程等对虚拟试验结果进行分析,并针对杀伤元数据、虚拟试验数据、实测数据建立数据库,便于结果对比。结果表明：多次虚拟试验结果在一个稳定的范围内分布,多次虚拟测试结果与实际测试结果吻合。     

聚能装药杆式射流的数值仿真

通过杆状射流聚能装药战斗部的用途、结构特点分析,设计了105°弧锥结合罩的装药结构,选取合适的仿真计算参数,采用DYNA2D计算程序对杆式射流成形的全过程数值模拟仿真,得到射流成形过程中各个时刻的形态及特征参数。     

聚能射流的侵彻速度

该文分析了几种u～V_j关系,简述了P～t实验方法,测量了铝、45~#钢和装甲钢三种靶材的P～t数据,通过处理得到了u～V_j关系曲线.经分析发现该曲线近于一条以不可压缩流体线为渐近线的双曲线,从而得到了u～V_j关系.还用最小二乘法将45~#钢的u～V_j关系处理成V_j的三次多项式,更便于用来计算大炸高下颗粒射流的侵彻深度.     

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。     

大锥角聚能装药射流形成及对钢靶侵彻的数值模拟

为了研究大锥角聚能装药射流形成和对钢靶侵彻过程中的一些特性,采用AUTODYN软件,对锥角聚能装药射流形成及侵彻钢靶过程进行了数值模拟。模拟结果表明:大锥角聚能射流是药型罩在爆轰波的作用下向后反转形成的漏斗型密实射流,其在飞行过程中,速度基本保持不变,而在侵彻钢靶时,侵彻速度和动能都迅速下降,直到再也不能侵彻钢靶为止。将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析表明:数值模拟结果与实验结果相一致。     

活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性

采用实验研究和理论分析相结合的方法,对活性药型罩聚能装药破甲后效超压特性进行了研究。通过地面静爆实验,测试了活性药型罩聚能装药穿透不同厚度靶板后的内爆超压特性。结果表明,在给定活性药型罩聚能装药结构的条件下,内爆超压随穿靶厚度基本呈抛物线衰减规律。进一步结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性材料能量释放激活延时参数,建立了破甲后效超压半经验分析模型。利用该模型预测的活性射流破甲后效超压与实验测试结果吻合较好。分析了活性材料能量释放激活延时对破甲后效超压的影响特性。     

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...     

钨铜变密度聚能射流侵彻模型及应用

钨铜是一种依靠机械摩擦结合的两相复合材料,在钨铜射流成型过程中,爆炸加载及拉伸程度的不同极易导致成分梯度及瞬时空隙,进而形成射流密度梯度。传统侵彻模型大多忽略材料中的微观结构变化,以射流密度定常为基本假设,对钨铜变密度射流侵彻深度的预测误差极大。综合考虑钨铜在聚能射流成型过程中材料拉伸及相分离导致的密度变化,引入射流密度与速度函数,对经典虚拟原点侵彻模型进行修正,建立了考虑射流可压缩性和成分梯度的钨铜变密度侵彻模型。以口径56 mm典型聚能结构为例,采用数值模拟及试验方法获得了钨质量百分比为75%的钨铜射流真实密度分布,并利用变密度侵彻模型计算了侵彻深度,同时利用X光脉冲摄影试验及静破甲试验对计算结果进行了验证。研究结果表明,钨铜变密度聚能射流侵彻模型比经典虚拟原点模型及局部密度修正模型计算的侵彻深度更加接近试验值,证实了钨铜变密度侵彻模型的正确性。     

磁场抑制聚能射流颗粒翻转研究

通过分析磁场与聚能射流的耦合作用过程,在断裂射流颗粒发生小角度翻转的情况下,建立了当有磁场存在时聚能射流颗粒的翻转运动方程。在此基础上,采用电磁场Ansoft Maxwell分析软件仿真的方法研究了翻转射流颗粒在磁场中所受力以及力矩特性,并对结果进行了实验验证。研究结果表明：聚能射流颗粒在强磁场中的翻转运动方程能较好地描述磁场对其翻转的抑制过程,数值模拟所得射流颗粒的受力以及力矩进一步反映磁场对翻转射流颗粒的抑制特性。实验结果验证了杵体在磁场的作用下,其翻转受到修正和抑制,最终其轴线基本与射流侵彻通道轴线一致。     

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。