PELE正侵穿金属薄靶轴向剩余速度近似计算与分析

运用冲击波理论,对横向效应增强型弹丸(Penetration with Enhanced Lateral Efficiency,PELE)侵穿金属靶板的机理进行了分析,将PELE侵彻过程中能量损失分为外壳和内芯撞击靶板区域环形塞块获得的能量,冲击波影响范围内外壳和内芯增加的内能,外壳前端外沿和内沿对靶板冲塞剪切耗能等,给出了确定这些能量的计算方法;并依据能量守恒原理,给出了PELE正撞金属薄靶板靶后剩余速度的近似计算公式。公式计算结果与多种条件下实验结果均吻合较好。分析计算所得各能量损失结果表明,弹体内芯材料的变化对弹体侵彻能力的影响较小;侵彻中靶板塞块获得的能量在弹体侵彻动能损失中比重最大;外壳前端内沿对靶板的剪切能耗对弹体动能损失的影响可以忽略。     

横向效应增强型弹垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论分析

为了得到横向效应增强型弹（Penetration with Enhanced Lateral Efficiency projectile, PELE）对金属薄靶垂直侵彻后的弹体轴向剩余速度，运用平面冲击波理论，对PELE的侵彻机理进行分析。参照平头弹体对靶板的侵彻模型，将PELE侵彻过程中的能量损失划分为以下几个部分：外壳体和内芯撞靶区域对应的环形塞块获得的能量、冲击波作用下弹体的内能增量以及剪切耗能等。然后根据能量守恒原理，得到PELE垂直侵彻金属薄靶后的PELE弹体轴向剩余速度的理论模型。为了验证该模型的合理性和准确性，设计相应的试验进行验证。结果表明，不同条件下得到的试验结果和理论模型得到的计算结果均吻合得较好。因此，得到的PELE垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论模型可为工程应用提供指导和参考。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究,采用MSC.Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析,并将分析结果与实验结果进行了比较.分析结果表明,破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段.有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性,在靶板破口的正面,与弹体平面凸缘两端接触的部分,变形以剪切为主,而与切削面接触的部分,以挤压变形为主;靶板破口背面为剪切冲塞破坏;有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好,弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化.有限元分析结果还表明,采用适当的模型,有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式.     

不同侵彻速度下陶瓷复合装甲等效均质钢靶板的建立

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对钨合金长杆弹侵彻陶瓷复合装甲与均质钢进行了数值仿真。重点分析了长杆弹垂直侵彻复合装甲全过程,研究了钨合金长杆弹体入射速度与弹体剩余动能、损失动能之间的关系。同时,拟合了长杆弹在不同入射速度侵彻均质钢靶下弹体剩余动能与靶板厚度之间的关系。并根据终点效应关系式,建立了弹体在不同入射速度下陶瓷复合装甲的均质钢等效靶板。分析结果表明,陶瓷复合装甲等效均质钢靶板厚度随弹体入射速度呈先增加后稳定趋势。研究结果对毁伤效能试验与战斗部设计等具有一定的参考价值和借鉴意义。     

靶体表面破碎对侵彻深度的影响

本文从弹体侵彻现象着手,根据Ｇｒａｄｙ的能量断裂破碎观点分析靶体表面破碎所造成的弹体侵入能量损失,按能量守恒原理计算弹体经过第一部分弹抗后的剩余速度,然后根据型型空腔理论计算弹体在靶体介质中的侵入深度,并分析靶体表面破碎弹坑对弹体整个侵彻深度的影响。     

着靶速度对侵彻膨胀弹横向效应的影响

在建立弹靶模型的基础上,采用有限元软件LS-DYNA对装填尼龙的侵彻膨胀弹以不同着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟。结果表明:着靶速度对侵彻膨胀弹横向效应的产生有一定的影响。在PELE能够穿透靶板的前提下,随着着靶速度的进一步增加,横向效应的作用区域呈现出先减小后增大的趋势,而PELE穿透靶板后的速度损失越来越小;综合考虑横向效应的有效发挥和常规发射条件,PELE着靶速度的选取应选取800 m/s~1 300 m/s较为合适。     

半穿甲战斗部侵彻运动加筋板数值模拟

为了研究加筋靶板的运动对半穿甲战斗部侵彻性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对截卵形半穿甲战斗部侵彻运动加筋靶板全过程进行了数值模拟,分析了在不同弹着点处加筋靶板的运动对弹体偏转、弹体剩余动能以及弹体过载的影响。研究结果表明:弹体侵彻运动加筋靶板时发生明显偏转,侵彻性能降低,加速度变化曲线出现新的峰值且该峰值随着靶板速度增大而增大。同时,不同弹着点处弹体偏转角的变化过程,加速度变化规律与峰值大小以及靶板抗弹性能都有显著区别。     

数值模拟金属靶抗侵彻中的网格密度影响研究

在数值模拟中,有限元网格的数量对计算结果和计算成本都有较大的影响。采用MSC.Patran建立了弹体侵彻金属靶板的计算模型,并利用MSC.Dytran对所建模型进行了计算;结合相关的理论,对不同网格密度划分的有限元模型的计算结果进行了分析,并和实验进行了对比,得到了数值模拟弹体侵彻金属装甲中靶板的最佳网格数量。当网格无因次量μ=0.10时,所得到的数值模拟结果与实际吻合得较好:当厚度方向的网格数取为12个时,文中所采用的模型能较好地模拟弹体对靶板的侵彻效果。     

G45钢破片对中大口径弹体侵彻仿真分析北大核心

为了研究不同质量G45钢破片对中大口径弹药壳体侵彻效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立破片侵彻壳体模型。将弹药壳体通过等效公式换为Q235钢板,开展了在不同速度下,不同质量G45钢破片侵彻等效靶板Q235钢数值模拟仿真。仿真分析结果表明:相同质量下,G45钢破片撞击靶板侵彻深度与侵彻直径随着速度增加呈现递增趋势;得到了4.7 g,9.8 g小质量G45钢破片在800~1800 m/s速度范围内无法有效穿透中大口径弹体等效靶的结论;19.5 g G45钢破片侵彻20 mm的中大口径弹体等效靶的极限穿透速度范围在1200~1400 m/s之间。     

金属靶体材料动力硬度测试及动态阻力分析

以高速侵彻下45钢靶体侵彻阻力为研究对象,开展了弹体高速侵彻45钢靶体试验,获取了典型弹体对45钢靶体的成坑参数。基于高速侵彻阻力模型对靶体侵彻阻力及影响因素进行分析。结合流体动力学侵彻模型对不同弹体材料侵彻45钢靶体侵彻深度规律进行研究。研究结果表明:随着撞击速度的增大,45钢的靶体阻力从5. 13 GPa减小到3. 7 GPa;基于材料动力硬度测试方法的靶体动态阻力测试结果和理论计算结果吻合较好;随着靶体动态屈服强度的增大,靶体阻力呈线性增大的趋势;侵彻深度及靶体动态阻力理论计算结果和试验数据吻合较好,说明所提动态阻力确定方法可行,可为高速侵彻动力学研究提供参考。     

Damage of multi-layer spaced metallic target plates impacted by radial layered PELE

Three different kinds of PELE (the penetrator with lateral efficiency) were launched by ballistic artillery to impact the multi-layer spaced metal target plates. The impact velocities of the projectiles were measured by the velocity measuring system. The damage degree and process of each layer of target plate impacted by the three kinds of projectiles were analyzed. The experimental results show that all the three kinds of projectiles have the effect of expanding holes on the multi-layer spaced metal target plates. For the normal structure PELE(without layered) with tungsten alloy jacket and the radial layered PELE with tungsten alloy jacket, the diameters of holes on the second layer of plates are 3.36 times and 3.76 times of the diameter of the projectile, respectively. For radial layered PELE with W/Zr-based amorphous composite jacket, due to the large number of tungsten wires dispersed after the impact, the diameter of the holes on the four-layer spaced plates can reach 2.4 times, 3.04 times, 5.36 times and 2.68 times of the diameter of the projectile. Besides, the normal structure PELE with tungsten alloy jacket and the radial layered PELE whit tungsten alloy jacket formed a large number of fragments impact marks on the third target plate. Although the number of fragments penetrating the third target plate is not as large as that of the normal structure PELE, the area of dispersion of fragments impact craters on the third target plate is larger by the radial layered PELE. The radial layered PELE with W/Zr-based amorphous composite jacket released a lot of heat energy due to the impact of the matrix material, and formed a large area of ablation marks on the last three target plates.     

球形头部弹丸侵彻运动靶板的数值模拟

为研究球形头部弹丸高速侵彻运动靶板的侵彻规律,运用LS-DYNA动力分析软件仿真研究了不同条件下球形头部弹丸对靶板的正侵彻效应,获得了运动靶板厚度、材料和弹丸着速3种参数对侵彻过程中弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的响应规律。结果表明,随着着速的提高,弹丸翻转幅度和弹道偏移量逐渐减小;随着靶板厚度的增加,弹丸正向翻转角度和轴向剩余速度显著减小,而弹道偏移量增大;3种材料运动靶板中,4340钢靶对弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的影响最大,Weldox460钢次之,LY12铝最小。     

横向运动板干扰聚能射流的数值模拟

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST,用ALE算法对射流垂直侵彻横向运动防护板的过程进行模拟分析。防护板在不同速度下干扰射流时,对防护板和后效板上的开坑形状进行分析,并计算后效板上的最终侵深及射流轴线上的速度降,得到射流在横向防护板作用下后效板侵深及射流轴线上的速度降随防护板速度变化的曲线。结果表明,防护板抗射流侵彻能力随防护板速度的增加而增强,尤其是防护板横向速度在0～100m/s增加时,抗射流侵彻能力增强较为明显。     

A three-stage model for the perforation of finite metallic plates by long rods at high velocities

A three-stage theoretical model is presented herein to predict the perforation of a thick metallic plate struck normally by a long rod at high velocities. The model is suggested on the basis of the assumption that the perforation of a thick metallic plate by a long rod can be divided into three stages: (1) initial penetration; (2) plug formation and (3) plug slipping and separation. Various analytical equations are derived which can be employed to predict the ballistic limit, residual velocity and residual length of the long rod. It is demonstrated that the present model predictions are in good agreement with available experimental results for the perforation of finite steel targets struck normally by steel as well as tungsten alloy long rods at high velocities. It is also demonstrated that the dynamic maximum shear stress of a plate material has strong effect on plug formation and plug thickness which, in turn, exerts considerable influence on the residual velocities and lengths of a long rod at impact velocities just above the ballistic limit.     

Residual Characteristic of High-Velocity Steel Fragments Penetrating UHMWPE FRP Laminates

The mechanical performance of ultra-high molecular weight polyethylene fiber (UHMWPE) and its composites were proposed. Penetrated properties of different thicknesses UHMWPE FRP laminates (URP) impacted by 3.3g cubic high velocity fragments were studied. According to the ballistic experimental results and theoretical analysis, the linear relation between ballistic limit vBL and area density AD was confirmed. The relative parameters of showing experientially residual velocity vr were expressed by the function of AD. In the end, versatile experiential expression between vr and AD was found. Prediction of vr and vBL using obtained expressions under the above stated condition of impacting URP was consistent with the experimentaled results. Consequently, the two experiential relations can be used to predict the residual velocity and ballistic limit of cubic high velocity fragments impacting URP. The residual characteristic of high-velocity steel fragments penetrating UHMWPE FRP laminates can be more exactly forecasted by the two derived experiential formulas.     

利用拖尾能量提高蝶形天线辐射效率

蝶形天线在探地雷达中已有广泛的运用,但其辐射效率不高的问题一直存在。究其原因,主要是将近70%的辐射能量是以有碍目标探测的拖尾的形式存在。为了保证探测性能,传统上可观的拖尾能量往往以阻抗加载的方式被吸收掉。本文研究发现,当选择双极性单周波作为激励脉冲时,通过优化天线长度可以实现拖尾能量的有效利用,从而显著地提高蝶形天线的辐射效率。仿真实验结果表明,在较远的探测距离上本文方法可以将辐射效率提高近100%。通过实测实验进一步验证了本文方法的有效性。此外,本文所提的方法易于工程实现,工程应用价值十分明显。     

基于能量耗散的药柱粘弹性累积损伤

基于不可逆能量耗散的损伤变量定义方法和动态线粘弹性理论,建立了固体推进剂累积损伤模型,利用不同拉伸速率下的试验数据,拟合得到了推进剂破坏耗散能表达式,进而给出了推进剂在周期应力响应下的累积损伤计算式,并讨论了周期应力幅值和频率对累积损伤的影响,最后对某舰载发动机药柱进行了累积损伤及使用寿命分析。提出的累积损伤分析方法,为固体发动机贮存寿命预估提供了一条有益的技术途径。     

圆柱形装药驱动轴向预制破片飞散特性

为了增强柱形战斗部轴向威力,在无壳柱形战斗部底面布置单层离散的预制破片。开展圆柱形TNT装药驱动轴向预制破片飞散试验,获得预制破片的最大初速、飞散角等特征参数；运用LS-DYNA软件对装药驱动预制破片过程进行数值模拟,阐述预制破片群飞散过程；对装药驱动整体平板理论计算公式进行改进,获得预制破片的最大初速。结果表明:破片初速理论计算结果、数值计算结果和试验结果吻合良好；随着与装药底部中心距离的加大,破片初速、径向飞散角分别近似呈“抛物线”减小、增大；试验实测、理论计算得到的破片最大初速值超过2500 m/s,试验实测的径向飞散角最大约为22°,而周向飞散角则普遍较小,均值在5°以内。