陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅲ)

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由600D腈纶、无纺布、Al2O3陶瓷和高强PE材料构成的陶瓷基复合靶板,靶板防护面密度ρA为92 kg/m2,尺寸为300 mm×300 mm×35 mm,用现役12.7 mm穿甲燃烧弹考核了靶板防护能力,尤其是探讨了PE在背面不受约束情况时中弹后的行为.结果表明:靶板结构是可行的,可防住V25为810 m/s的现役12.7 mm穿甲燃烧弹,PE层有优良的防二次效应的性能,而靶板结构有较大的改进空间.在靶试和讨论分析的基础上,给出了靶板结构改进的设计方案.     

陶瓷基复合装甲防12.7mm穿甲燃烧弹的靶试研究（Ⅰ）

基于对材料特性和防弹机理的认识,设计了由Al2O3陶瓷、616装甲钢和高强PE材料构成的陶瓷基复合装甲板,并用现役127.mm穿甲燃烧弹进行靶试考核,检验靶板设计思路,结果表明：防护面密度为128 kg/m2的靶板可防住该弹。     

陶瓷基复合装甲防12.7 mm穿甲燃烧弹的靶试研究(Ⅳ)

利用12.7 mm穿甲燃烧弹靶试陶瓷基的3种复合装甲板,探讨弹-靶的相互作用,研究陶瓷基复合装甲结构与陶瓷材料的抗弹性能.结果发现:当陶瓷板对弹丸的阻力与弹丸的作用力平衡时,陶瓷板可将弹丸挡在陶瓷板前;Al203陶瓷的抗弹能力优于(SiC+ Si)陶瓷;须约束陶瓷板才能充分发挥其抗弹优势.在分析弹-靶作用的基础上,提出“陶瓷基复合装甲存在陶瓷组元的弹靶临界厚度”概念,当陶瓷厚度大于临界厚度时,陶瓷板能将弹丸挡在陶瓷板前,而陶瓷自身的损害几乎可以忽略;陶瓷材料存在弹靶临界厚度的必要条件是其动态硬度高于弹丸,临界厚度取决于材料动态特性、靶板结构和靶板各组元的结合强度.     

穿甲子弹偏心入射陶瓷/钢复合靶板试验

设计并进行了7.62mm穿甲子弹侵彻陶瓷/低碳钢复合靶板的弹道试验,得到了极限速度及陶瓷锥底部半径等数据。分析了锥底半径与入射速度、面板及背板厚度的关系,着重分析了偏心入射时靶板的抗弹机理。结果表明:陶瓷锥可分为破碎区和粉碎区,粉碎区半径约为面板厚度与弹丸半径之和;当弹着点距离陶瓷面板边缘大于5mm时,靶板的抗弹性能变化不大,而弹着点位于距陶瓷面板边缘小于5mm的板边区时,抗弹性能明显降低,靶板的有效防护面积应扣除板边区。     

碳化硼基3DMC材料抗弹性能的初步探讨

通过7.62穿甲燃烧弹的射击考核,分析了碳化硼基3DMC材料的抗弹性能,发现其综合抗弹性能优于等厚度的某型号装甲钢,并具有抗击连续打击的能力,认为该材料可以独立用于装甲防护。     

钛合金靶板抗105mm穿甲模拟弹倾角效应数值计算

运用AUTODYN非线性显式动力学程序,对半无限厚钛合金靶板抗105mm钨合金穿甲模拟弹的倾角效应进行了数值模拟计算。结果表明：本数值模拟条件下,倾角小于30°时,半无限厚钛合金靶板抗105mm钨合金穿甲模拟弹的倾角效应不明显;倾角在中大角度（≥30°）时,呈较明显的倾角正效应;105mm钨合金穿甲模拟弹侵彻半无限厚钛合金靶板的跳弹角β在65°～70°间。     

防半穿甲导弹战斗部动能穿甲模拟试验研究

根据半穿甲导弹破坏机理和穿甲力学中的相似理论 ,以目前世界上典型的半穿甲导弹战斗部为模拟对象 ,设计出试验装置、弹丸和 3个系列共十几种结构形式的靶板 .通过对试验结果的分析比较 ,得出各种装甲结构形式抗半穿甲导弹动能穿甲特性 .     

陶瓷/薄钢板复合结构靶板抗高速侵彻性能研究

为探讨陶瓷/薄钢板复合结构靶板(ceramic/thin steel targets,CS靶板)的抗高速侵彻机理,通过弹道试验,分析了3 mm厚SiC陶瓷层和0.6 mm厚钢板层的CS靶板的破坏模式和抗侵彻性能,并与面密度基本相同的纯钢板进行了比较。在此基础上,基于能量守恒原理,建立了CS靶板抗高速侵彻的理论预测模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,CS靶板中前陶瓷层的存在,使得后钢板层的破坏模式由剪切冲塞转变为花瓣开裂,大大提升了后钢板层的抗侵彻吸能效率,从而使得CS靶板的整体抗侵彻性能高于等面密度的纯钢板,CS靶板的整体抗侵彻效率较等面密度纯钢板提升15%以上;弹体穿透CS靶板后的剩余速度理论预测值与试验结果吻合较好,相对误差均在5%以内,验证了理论模型的合理性和有效性。     

钢管约束混凝土抗侵彻性能试验

进行了12.7mm穿甲枪弹侵彻钢管约束混凝土和PVC管约束混凝土厚靶试验,建立了硬芯枪弹侵彻深度公式,研究了钢管约束混凝土的抗侵彻性能。结果表明:钢管约束混凝土靶的破坏模式与无约束混凝土靶存在显著不同,其核心混凝土侧面出现了环向裂纹;相对于无约束混凝土靶,钢管约束混凝土靶的抗侵彻能力明显提高,并具有较强的抗多发打击能力。     

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。     

7.62 mm穿甲子弹斜侵彻复合装甲仿真研究

为研究7. 62 mm子弹对斜置陶瓷复合装甲的毁伤效应,针对典型7. 62 mm穿甲子弹结构,利用ANSYS/LSDYNA动力学软件对穿甲过程进行了数值模拟,并通过弹道枪试验对不同斜置角度复合装甲进行了防御性能测试,最后分析了子弹的破坏形式及斜置角度对毁伤效能的影响规律。结果表明:7. 62 mm子弹对陶瓷复合靶板的毁伤效能随靶板斜置角度的增加逐渐降低,回收的子弹式样的剩余质量逐渐增加,同时钢芯的质量侵蚀由垂直侵蚀向轴侧倾斜方向侵蚀过渡;且随斜置角度的增加,穿甲子弹的偏转角度先增加后减小,其对复合靶板的极限穿透速度呈指数型增加,其中穿甲子弹对陶瓷复合装甲的极限穿透斜置角度为0°~15°。试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。     

连接方式对舰船舷侧复合装甲结构抗穿甲性能的影响

为探讨连接方式对舰船舷侧外设复合装甲结构抗穿甲性能的影响,采用均质钢板粘结或叠层接触前置复合材料板分别模拟舰船舷侧粘敷或铆接固定两种连接方式的外设舷侧复合装甲,并结合低速弹道实验,分析了两种连接方式下组合靶板的穿甲破坏模式和抗弹性能,得到了球头弹穿透叠层接触组合靶板的剩余速度理论预测公式。在此基础上,将该理论预测公式计算结果与实验结果进行了比较分析。结果表明:两种组合靶板中前置装甲板的穿甲破坏模式差异不大,但叠层接触组合靶板中钢质背板穿孔周围的蝶形变形范围及其变形程度均较粘结组合靶板中的钢质背板要大;叠层接触组合靶板的整体抗弹吸能要大于粘结组合靶板;弹丸穿透叠层接触组合靶板的剩余速度理论预测值与实验结果吻合较好。     

B4C/Al复合板中应力波行为分析（Ⅰ）

依据7.62mm穿甲燃烧弹与B4C,Al板的物理和力学特性,提出弹、板的力学模型;在此基础上,给出弹板碰撞后B4C/Al复合板的弹性动力学方程,建立应力波的传播模型,讨论了应力波传播时复合板的力学行为,最后确定了复合板承受的初始冲击应力。理论分析表明：一维应变条件的B4C和Al板的弹性极限高于一维应力条件下的值;弹、板间的作用力服从指数衰减规律;B4C板的初始应力高于430MPa时,应力波的作用使Al板在卸载过程中发生反向屈服。     

球头弹低速斜侵彻下薄板穿甲破坏机理研究

为探讨球头弹低速斜侵彻下靶板的破坏机理,通过系列弹道试验,对比分析了不同初始速度下弹体的变形,靶板的破坏模式,以及靶板的破口大小及形状；同时采用ANSYS/LS-DYNA对弹靶作用过程进行了数值模拟。结果表明：低速斜侵彻下靶板响应非完全对称,根据受力特征可将靶板划分为四个不同区域,即接触区,弯曲区,拉伸区和对称区；薄板的穿甲破坏可分为四个不同的阶段,即隆起变形,碟形变形,弯曲变形,弹体贯穿阶段；不同初始速度下靶板出现四种典型的穿甲破坏模式,随着初始速度的增加依次为隆起—碟形变形,隆起—碟形变形—拉弯撕裂破坏,隆起—碟形变形—拉弯剪切破坏,隆起—拉弯剪切破坏。斜侵彻下靶板破口形状为椭圆形,随着初始速度的增加,破口长径不断减小,形状由椭圆形向卵形过渡。     

球头弹低速斜侵彻下靶板穿甲破坏机理

为探讨球头弹低速斜侵彻下靶板的破坏机理,通过系列弹道试验,对比分析不同初始速度下弹体的变形、靶板的破坏模式以及靶板的破口大小和形状;同时采用ANSYS/LS-DYNA对弹靶作用过程进行数值模拟。结果表明:低速斜侵彻下靶板响应非完全对称,根据受力特征可将靶板划分为四个不同区域,即接触区、弯曲区、拉伸区、对称区;薄板的穿甲破坏可分为四个不同的阶段,即隆起变形、碟形变形、弯曲变形、弹体贯穿阶段;不同初始速度下靶板出现四种典型的穿甲破坏模式,随着初始速度的增加依次为隆起—碟形变形、隆起—碟形变形—拉弯撕裂破坏、隆起—碟形变形—拉弯剪切破坏、隆起—拉弯剪切破坏。斜侵彻下靶板破口形状为椭圆形,随着初始速度的增加,破口长径不断减小,形状由椭圆形向卵形过渡。     

层叠型缓冲靶板对弹载测试仪的保护作用研究

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述弹丸对靶板的压缩和侵彻行为,并结合动量守恒和能量守恒定律计算出靶板参数和传递到靶板上的冲量的关系。使用ANSYS/LS-DYNA建立弹丸正侵彻靶板模型,弹丸速度为200 m/s、质量为5.5 kg,仿真结果表明：3层总厚度450 mm的泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式能有效消除尖峰脉冲并缩短弹丸对靶板的作用时间,加速度均值约为7 000g,脉宽为2.8 ms。受条件限制,空气炮试验采用弹丸质量为5.5 kg、速度为150 m/s,并将缓冲靶板的单层厚度减小到100 mm,结果表明：在泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式下,弹丸结构和测试仪功能完好,加速度均值约为27 000g,脉宽为0.55 ms。     

基于正交试验与灰关联的弹体着靶参数敏感性分析

为分析着靶参数对截锥形半穿甲战斗部侵彻性能的影响程度,通过正交试验制定了试验方案并进行了数值仿真,同时对正交试验结果数据进行了灰关联分析,得到了弹体侵彻过程中着靶参数与弹体最大过载、速度变化量以及弹体偏转角之间的关联程度。分析结果表明:着靶参数对弹体最大过载的影响程度排序为:靶板厚度入射速度入射角度攻角;对弹体速度变化量的影响程度排序为:靶板厚度入射角度入射速度攻角;对弹体偏转角的影响程度排序依次为:弹体攻角入射速度入射角度靶板厚度。分析结论可为着靶姿态的控制及舰船防护提供一定的参考。     

WJ524—1966《25-120毫米均质靶板制造与验收技术条件》问题分析

本文试验、分析和论证了均质靶板的屈服强度是穿甲弹对均质靶板穿甲的一个重要指标，分析了WJ524标准的缺失，提出了修订WJ524标准建议。     

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。     

半穿甲舰炮弹药侵彻舰船靶板数值仿真研究

研究了舰炮半穿甲弹对舰船靶板侵彻能力,采用LS-DYNA有限元软件对美海军奥托·梅拉127 mm和76 mm舰炮弹药临界跳弹、打击甲板和侧舷靶板进行仿真,结果表明：以300 m/s速度打击15 mmE36钢板条件下,127 mm弹的临界跳角为9.5°,76 mm弹为29°;从甲板和侧舷攻击条件下,两弹均具备穿透多层舰船靶板的能力。舰炮弹药攻击舰船目标,可考虑适当延迟舰炮弹药起爆时间,在其进入内部重要舱室时引爆,提高对船体的毁伤效果。