球形破片侵彻明胶运动模型及破片参数敏感性分析

为揭示球形破片对人体组织致伤机理,以明胶作为人体组织的替代物,基于动态空腔膨胀理论,考虑球形破片未完全侵入阶段的速度衰减,建立了球形破片侵彻明胶的分段运动理论模型,研究了球形破片侵彻明胶的运动规律。通过钢球和钨球侵彻明胶的实验验证了模型的正确性,求解了模型中的最优阻力系数。分析了理论计算过程中的误差来源,并推导得到了无量纲侵彻深度的表达式。利用Sobol′法进行了球形破片参数(直径、密度和速度)对侵彻深度影响的敏感性分析。结果表明：运动模型能够较好地模拟球形破片的运动规律;低密度的球形破片在未完全侵入阶段的速度衰减不能忽略;球形破片参数对侵彻深度影响的敏感性由高到低依次是速度、密度和直径。     

液压水锤效应引起液体喷溅特性及其影响因素试验研究

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700 μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。     

小口径火炮侵彻钢靶模拟实验研究及有限元分析

对小口径火炮侵彻钢靶问题,分别进行了实验和有限元分析,并将所得结果进行了比较;分析了小口径火炮侵彻钢靶的侵彻过程,得到了带空腔弹丸高速垂直侵彻钢板的典型破坏模式.     

药型罩结构对线型聚能装药侵彻性能影响的仿真研究

为研究药型罩结构对线型聚能装药的影响,采用有限元软件LS-DYNA对不同截顶高度的锥顶、平顶与圆顶结构的线型聚能装药侵彻45钢靶板的过程进行了仿真分析。结果表明：不同结构的线型药型罩对线型聚能装药射流的成形与侵彻性能造成较大影响;平顶结构线型聚能装药在截顶高度为16 mm时有最优侵彻性能,较锥顶结构最大侵彻深度提升6.3%;圆顶结构线型聚能装药在截顶高位为10 mm时有最优侵彻性能,较锥顶结构最大侵彻深度提升15.6%。     

基于层裂机理的弹体侵彻混凝土的工程模型

以斜侵彻过程中的终点弹道为研究对象,基于动态球形空腔膨胀理论给出的阻力函数理论公式和开坑阶段的表面层裂机理,建立了能够综合考虑弹头形状、开坑区深度的斜侵彻深度预测模型,并进一步推导了能够适用不同弹头形状的弹体过载时程曲线计算公式。预测模型得到的侵彻深度和过载与试验结果吻合较好。研究结果可为弹体与混凝土靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。     

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。     

聚能射流侵彻靶板开坑阶段仿真研究

为研究射流侵彻靶板开坑阶段的参数变化规律,利用AUTODYN软件对聚能射流侵彻不同材料靶板的开坑过程进行仿真.仿真结果表明:铜质靶板和钢质靶板开坑阶段的侵彻深度均约4.67倍射流头部直径,陶瓷靶板开坑阶段的侵彻深度约为4倍射流头部直径.该结果与试验总结的数倍射流直径基本相符,证明了所建模型的可行性.另外,开坑阶段的侵彻深度和压力主要与靶板密度有关,而准定常侵彻阶段的压力则主要与靶板的强度有关.     

钨合金动能弹超高速侵彻钢靶的破坏特性

国内外关于动能弹侵彻的研究多集中在中低速范围,对高速特别是超高速侵彻的研究十分有限,其破坏特性还不清楚。采用LS-DYNA有限元程序和Steinberg本构模型,对着靶速度为1 300~4 500 m/s的钨合金动能弹侵彻钢靶问题进行了与实验相对应的数值研究,获得了不同着靶速度下侵彻深度、开坑直径、坑底压力、弹体形态及弹长消蚀的时空演化规律。结果表明:侵彻经历了瞬态高压、常压稳态侵彻、非稳态侵彻和回弹4个阶段;Steinberg本构模型特别适用于超高速侵彻的研究;当着靶速度大于4 000 m/s,着靶速度的变化对侵彻深度的影响可以忽略;超高速侵彻的瞬态高压达100 GPa以上,远大于弹体材料强度极限;相对于高速侵彻,弹体长度消蚀率更大,侵彻速度下降更快,侵彻时间更短。     

基于层裂机理的弹体侵彻混凝土的终点弹道研究

基于动态球形空腔膨胀理论给出的阻力函数理论公式和开坑阶段的表面层裂机理,建立了能够综合考虑弹头形状、开坑区深度的斜侵彻深度预测模型,并进一步推导了能够适用不同弹头形状的弹体过载时程曲线计算公式。预测模型得到的侵彻深度和过载与试验结果吻合较好。研究结果可为弹体与混凝土靶的斜侵彻弹道分析和弹丸头部设计提供一定帮助。     

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。     

长杆射弹对钢纤维混凝土靶开坑特性的实验研究

为考察射弹对钢纤维混凝土靶的侵彻特性,采用57mm轻气炮,进行了小尺寸模拟射弹对钢纤维混凝土靶(钢纤维的体积分数为2%)的侵彻实验。实验中观察了钢纤维混凝土靶的开坑形状,测量了射弹的击靶速度,并且采用注沙法测出靶体的开坑体积,计算出射弹对靶体的侵彻体积,得到了长杆射弹的动能与侵彻体积的关系。引入射弹单位面积的冲击动能和靶体单位侵彻体积的冲击动能,结合钢纤维混凝土靶的实验数据,考察了两者之间的关系。     

长杆射弹侵彻三种混凝土靶的实验研究

为了研究钻地武器的侵彻性能,在57mm口径的气炮上发射长杆射弹对三种靶体进行模拟侵彻实验。靶体为水泥砂浆石靶、钢纤维混凝土靶和含单层密排刚玉球的钢纤维混凝土靶。实验结果表明,弹头形状对侵彻深度有明显影响;当长杆射弹和撞击速度都相同时,与侵彻钢纤维混凝土靶相比,含单层密排刚玉球的钢纤维混凝土靶中的侵彻深度大约降低了11%,而水泥砂浆石靶中的侵彻深度增加了12%。     

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。     

长杆弹垂直侵彻横向运动板的数值分析

对钨合金长杆弹垂直侵彻横向运动钢板的偏转角变化规律进行了理论及仿真研究。采用刚体力学理论推导了刚体长杆弹侵彻横向运动钢板的偏转角公式。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对RIGID及STEINBERG两种材料模型长杆弹垂直侵彻横向运动JOHNSON-COOK模型钢板进行了仿真,根据长杆弹头部和尾部横向相对运动规律,得到了长杆弹的偏转规律。仿真结果表明:板的横向运动速度越大,长杆弹偏转角越大,且偏转角在整个侵彻过程中一直保持增大的趋势。     

破片侵彻多层间隔铝靶的试验及数值模拟研究

对破片侵彻多层间隔铝靶进行了试验和数值模拟研究,获得了破片在不同速度、不同侵彻角时破片的侵彻深度,在此基础上利用拟合的方式建立了计算公式,并将数值模拟结果和计算公式的计算结果进行了对比,结果表明两者吻合较好,所建立的计算公式可靠。     

Experiment and simulation of launching process of a small-diameter steel cartridge case

In order to explore the rules of the deformation force during the launching of a small-diameter steel cartridge, the semi-closed bomb test method is used to test the greatest strains on chamber outer wall under the different chamber pressures. The pressure curves of cartridge chamber are measured in experiment, and the tensile test data of cartridge are loaded into the numerical calculation to compare with the experimental data. The conclusion was obtained that the calculated results match better with the experimental results by considering strain rate bilinear kinematic hardening material constitutive model. The forces on the various parts of the cartridge during launching and their deformation rules are achieved, in which the equivalent plastic strain decreases and the cylinder ring withstands the maximum equivalent stress when the cartridge case clings to the bore from the mouth to the bottom.     

破甲弹侵彻装甲板的数值仿真

装甲装备受到弹丸攻击后,要判断内部部件的毁伤情况,采用实弹试验的方法费用高,周期长,安全性差;而采用建模仿真的方法费用低,效率高,安全性好,并且可以为预测装备内部的毁伤部件奠定基础。采用有限元法对破甲弹侵彻均质装甲板进行了数值仿真,对侵彻过程的3个阶段进行了分析,得出了破甲弹射流的动能、平均速度和冲量随时间变化的规律,为侵彻后装甲板内部部件毁伤情况的判断提供了基础数据。     

Resistance of grid steel-tube-confined concrete targets against projectile impact: Experimental investigation and analytical engineering model

Steel-tube-confined concrete (STCC) targets are provided with excellent anti-penetration performance over semi-infinite concrete (SIC) targets since the steel tube imposes passive restraint on the in-filled concrete during the penetration process. Grid STCC system with square steel tubes is a potential solution to protective structures. In this paper, experiments of 9-cell grid STCC targets penetrated by 12.7 mm Armor Piercing Projectile (APP) were performed. The influence of side length and thickness of steel tube, steel ratio and impact velocity on anti-penetration performance were taken into account. Additionally, single-cell square STCC targets were also designed and tested for comparison with the 9-cell grid STCC targets. Damage modes and parameters of the tested targets were measured and discussed. Moreover, the stiffness of radial confinement of grid STCC targets is achieved according to the elastic solution of infinite cylindrical shell in Winkler medium. Furthermore, the penetration resistance and depth of penetration (DOP) for grid STCC targets are obtained on the basis of the dynamic finite spherical cavity-expansion (FSCE) models including radial confinement effect. It is shown that the 9-cell grid STCC targets with optimal dimension match of thickness and side length of steel tube can reduce the DOP by about 17 % and 23 % in comparison with the SIC targets and single-cell square STCC targets, respectively, due to both the confinement of square steel tube to concrete in the impacted cell and the additional confinement of the surrounding cells to the impacted cell; the penetration resistance and DOP of the grid and cellular STCC targets with similar steel ratio is close, and thus the grid STCC targets with simpler manufacturing process and excellent in-plane expandability are preferred in engineering practice; moreover, the predicted results of DOP model based on the FSCE models agree well with the tested results with the maximum disparity less than 12 % and the proposed model is more applicable to the grid and cellular STCC targets with high radial confinement.     

超声速地空导弹热环境风洞模拟研究

根据国内风洞的情况,比较了超声速地空导弹的飞行条件与风洞模拟能力的差距,分析了热环境风洞实验中应采用的相似准则,以及实验数据的处理方法。     

Study of high-speed interaction processes between fluoropolymer projectiles and aluminum-based targets

The experimental results and numerical modeling of penetration process of fluoropolymer projectiles in aluminum-based targets are presented. Analysis of mathematical models for interaction of elastoplastic projectile and target without taking additional energy released during interaction of fluoropolymer and aluminum into consideration is carried out. Energy fraction which is spent effectively on the increase in cavity volume is determined. The experimental and calculated results of penetration by combined and inert projectiles are compared.