偏心亚半球钼罩形成杆式射流特性研究

为研究钼在串联战斗部前级的应用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,采用多物质ALE流固耦合算法,对偏心亚半球钼罩不同起爆方式、罩高、壁厚和曲率半径下杆式射流的成型进行数值模拟,并对计算结果进行分析,最后通过与锥形钼罩和偏心亚半球铜罩形成射流性能对比得出结论。结果表明:钼在相同结构条件下成型射流形态以及特征参数性能均优于铜;对比锥形钼罩,偏心亚半球形装药结构所形成杆式射流长度、速度、直径以及药型罩利用率均大于锥形钼罩;最后优化得到金属钼在此装药结构下,选择带隔板点起爆、罩高为45 mm、壁厚为1.5 mm、曲率半径为140 mm时形成最佳杆式侵彻体。     

紧凑型聚能装药结构对侵彻体成型的影响

为研究紧凑型聚能装药结构对侵彻体成型的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对不同结构参数药型罩的射流成型进行数值分析。结果表明:当药型罩高小于30 mm,不同装药结构均形成具有一定速度梯度的聚能侵彻体,球缺型罩装药形成的侵彻体尾部杵体小、质量分布均匀、能量利用率高,性能更好;当罩高大于40 mm,不同药型罩装药形成长径比较大的射流,锥形罩形成的射流杵体小、连续性好、能量利用率高,性能更好。     

截锥型药型罩形成毁伤元特性仿真研究

为设计一种射流型多模式战斗部,对90°锥形药型罩进行截顶及变换,应用ANSYS/LS-DYNA 3D有限元分析软件分别就不同结构药型罩在不同起爆方式形成不同毁伤元进行数值仿真模拟。对比研究结果表明:通过用圆弧取代截锥形药型罩顶部形成的药型罩,选择装药顶端中心点起爆,形成高速杆式侵彻体;选择装药底端环起爆,形成细长连续高速射流,实现了多模式战斗部毁伤元的转换。并且用圆弧取代截锥形药型罩顶部或采用逆序起爆方式都能够有效解决爆轰产物泄出问题,形成高效毁伤元。     

一种超聚能装药结构的仿真

为了得到一种新型的可形成较传统射流更高速度的聚能装药结构,利用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D对其成型过程进行了数值仿真,并应用应力波基础、冲击力学等相关理论进行分析。研究表明：选用铜、钽、钨作为“蘑菇形”药型罩的材料可以得到速度在8800～13000 m／s且具有良好成型效果的高速射流。分析了药型罩壁厚和下辅助药形罩二的半径结构参数对射流速度的影响,结果表明,减小药型罩厚度或增大下辅助药形罩的半径可以有效提高形成射流的速度,但速度超过13700 m／s后成型效果变差。根据研究成果可以得到“蘑菇形”药型罩各部分材料的搭配规律及其成型规律。     

复合双药型罩结构冲击ERA及其后效作用研究

为了研究复合双药型罩结构在冲击爆炸反应装甲(ERA)后剩余射流的性能,以及对主装甲的后效毁伤作用,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,分别研究射流以垂直和倾斜两种状态冲击引爆ERA。其中,侵彻斜置ERA对射流性能影响较大,而垂直侵彻时射流未断裂,且长度几乎没有变化。在相同炸高处,与普通偏心亚半球单罩结构对主装甲的毁伤情况进行对比,结果表明:当在主装甲前未添加ERA时,复合双药型罩结构对主装甲的侵彻性能优于偏心亚半球单罩结构;而在主装甲前添加ERA后,复合双药型罩结构穿过ERA后依然可以有效地对主装甲进行侵彻,但偏心亚半球单罩结构在侵彻ERA后射流形态变化巨大,离散为射流粒子,几乎丧失了继续侵彻的能力,即复合双药型罩结构不仅可以更加有效地摧毁ERA,且对主装甲的后效毁伤效能明显提升,与单罩结构相比,扩孔孔径增加27.5%,侵彻深度提升了112.2%。     

新型复合药型罩侵彻体成型的数值模拟研究

在串联战斗部的前级聚能装药结构中加入衬筒,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,研究衬筒、起爆方式和两罩材料对两段侵彻体性能的影响。结果表明:对于设计的前级聚能装药结构来说,无衬筒时不能形成有效前段侵彻体,反之,加入衬筒后可形成有一定头尾速度差的两段侵彻体,且衬筒直径为20~25 mm(0.35Dk左右),材料为铜时衬筒的截断作用最有效;当上罩选择锥形钛罩、下罩选择偏心亚半球钼罩,且采用双环起爆时形成的两段侵彻体性能最佳。     

不同罩材对K装药性能影响的数值模拟研究

为研究药型罩材料对K装药性能的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对8种常见的药型罩材料进行数值仿真计算,并利用格尼表达式和侵彻深度公式,对装药结构和药型罩材料之间的匹配问题进行分析。结果表明:在同一装药结构中存在匹配的药型罩材料,使形成的侵彻体性能最佳;K装药形成侵彻体的速度和长度随着药型罩材料密度的增大而变小,但其中钼的动能最大,能量利用率最高,是K装药首选的药型罩材料;药型罩材料的声速对侵彻体性能有一定的影响,即声速高的材料不一定形成侵彻体的速度就高,但是要获得高速的连续射流,其材料必然要求具有高声速的特质。     

亚半球罩形成杆式射流正交设计的数值分析

为研究亚半球罩形成杆式射流的成型因素,利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对其成型过程进行数值模拟.分析亚半球罩外曲率半径、罩高、壁厚和装药长径比4种因素对杆式射流头部速度以及头尾速度差的影响规律,在此基础上对4种因素影响杆式射流的头部速度和头尾速度差的主次关系进行正交设计研究,并通过数据处理得到4种因素各水平的最优组合.研究结果表明:随着装药长径比、亚半球罩外曲率半径、罩高的增大以及亚半球罩壁厚的减小,杆式射流的头部速度和头尾速度差增大;装药长径比是影响头部速度的主要因素,外曲率半径对头部速度影响最小;罩高是影响头尾速度差的主要因素,外曲率半径和壁厚对头尾速度差影响较小.该研究可为杆式射流结构优化提供参考价值.     

低密度材料射流形成过程的数值模拟

为研究在炸药爆轰作用下低密度材料形成射流的过程,采用AUTODYN有限差分软件,对低密度材料尼龙和特氟龙药型罩的成型特性做对比,得出在相同的时间下,形成射流的长度尼龙大于特氟龙,但特氟龙药型罩形成的射流一致性较好;并与广泛使用的高密度铜药型罩的成型对比,对不同时刻射流的形态及速度进行分析,得出低密度材料形成的射流有能量低、稳定性好、射流长径比较大的性质,所以对爆炸反应装甲"穿而不爆"有显著优势。     

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。