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%。     

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。     

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。     

模拟刚性动能弹丸侵彻混凝土的FE-SPH方法

应用动力有限元与SPH相结合的方法对刚性动性弹丸高速侵彻混凝土靶进行了数值模拟分析,使用HJC本构建模型描述混凝土。计算结果与在57气体炮上所获得的实验数据基本吻合,并能再现侵彻过程中弹的运动及混凝土的飞散、应力波的传播等物理现象。计算结果说明这种新的算法及HJC本构模型用来描述混凝土的侵彻问题是可行和有效的。     

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。     

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。     

子弹与声音谁跑得快？

具有一定速度的弹丸、破片、金属射流等侵彻体,依靠本身的动能侵入或贯穿目标的破坏作用。通常可按侵彻体的速度分为低速侵彻与高速侵彻;也可按冲击时的入射角分为正(垂直)侵彻和斜侵彻;按目标(靶)的结构和材料特性分为对均质靶、多层靶侵彻,对土壤侵彻;或按侵彻体的结构和材料特性分为榴弹侵彻、穿甲弹侵彻和金属射流侵彻等。     

两种侵彻载荷下装药结构动态响应特性数值模拟

为了研究装药结构在不同侵彻载荷下的动态响应特性,建立了战斗部侵彻混凝土整体靶与多层间隔靶模型。利用LS-DYNA软件数值模拟战斗部动态侵彻混凝土靶板的过程,对比分析了战斗部侵彻整体靶与多层间隔靶时冲击载荷的差异、装药内部塑性变形区的分布及装药尾部与壳体间隙的变化。结果表明:侵彻整体靶时,装药主要承受的是轴向过载冲击,其前端面易产生塑性变形;侵彻多层间隔靶时,由于战斗部姿态偏转较大,径向过载冲击大幅提升,装药端面、局部侧壁以及装药与壳体接触的尖角部位成为塑性变形较大的区域。在侵彻载荷作用下,装药尾端面与战斗部金属壳体发生反复的撞击和分离。与整体靶相比,侵彻多层间隔靶过程中装药与壳体的动态冲击碰撞更频繁,碰撞强度更大,持续时间更长。     

钢管约束混凝土抗多发打击试验

为研究钢管约束混凝土抗多发打击性能,进行了12.7 mm穿甲弹多发打击钢管约束混凝土厚靶试验,得到靶的损伤模式和侵彻深度,并建立重复打击侵彻深度预测公式。结果表明:厚度为300 mm的小直径钢管约束混凝土靶能够有效防御3发12.7 mm穿甲弹的重复打击,第二、第三发较前一发侵彻深度的增幅分别小于20%和10%;重复打击侵彻深度预测公式与试验吻合较好。研究结果可为钢管约束混凝土防枪弹结构和遮弹层结构的研究提供参考。     

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.     

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.     

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。     

横向效应增强型弹丸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撞击靶板区域环形塞块获得的能量,内芯撞击靶板区域塞块获得的能量,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几部分,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。     

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。     

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.     

穿爆弹侵彻多层间隔混凝土靶数值模拟分析

为利用终态侵深公式得到穿爆弹侵彻多层间隔混凝土靶每层靶后的剩余速度,借鉴Young公式的思路,提出了一种基于非线性加速度模型计算剩余速度的方法。利用该方法分别计算了穿爆弹在垂直及20°入射角条件下侵彻三层间隔混凝土薄靶板的剩余速度,然后进行了数值模拟,并对比了前人的求解方法。结果表明,利用该方法所得结果与数值模拟结果吻合,验证了该方法的合理性,对工程防护及武器设计有一定的参考。     

无攻角弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶板特性

为了能清楚地了解无攻角弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶板的特性,采用LS-DYNA3D动力有限元软件对弹-靶作用过程进行了一系列数值模拟研究,描述了斜侵彻过程中的基本现象,分析了弹体X、Y两个方向的加速度变化规律,揭示了靶板间距、层数对抗弹性能的影响。研究表明,在总厚度一定的情况下,靶板间距的减小或者层数的增加均会降低靶板的抗弹性能,但当靶板层数较多时,抗弹性能随靶板层数的增加变化不大。所得结论对防御工事、地下掩体的构建具有参考价值。     

弹引系统攻角侵彻混凝土仿真与试验研究

利用弹体非正侵彻的计算模型对弹体非正侵彻过程中弹头表面阻力进行了分析,提出了弹目非正侵彻控制方程.利用有限元分析软件LS-DYNA对弹引系统在不同攻角下侵彻混凝土靶板时的轴向过载、横向过载、横向偏移以及弹体姿态角等的变化进行了仿真分析,得出了弹体横向过载与姿态角的对应关系.实弹试验结果与理论计算及数值仿真结果吻合较好....     

不同初速弹丸对靶板的损伤仿真与评估

为了研究弹丸对武器装备的损伤,建立弹丸侵彻多层靶板的有限元模型,对不同初速弹丸侵彻多层靶板进行仿真试验,引入等效应变及等效应力参量以精确描述靶板损伤,提出一种基于多元统计分析对靶板损伤进行评估的方法。结果表明：利用该方法所得到的计算结果与理论分析结果完全一致。这说明基于多元统计分析的靶板损伤评估方法能够正确地评价仿真实验中目标靶板的战损程度,因而可以进一步应用于装备侵彻损伤评估与易损性研究中。     

抗高冲击弹载记录仪

针对弹载记录仪在侵彻环境下受到高冲击力易变形或损坏导致内部电路测试失败的问题,采用LS-DYNA模拟冲击力对泡沫铝等缓冲材料进行抗冲击仿真,选用泡沫铝作为缓冲材料,通过合理的机械结构,设计出高冲击弹载记录仪。通过侵彻3层混凝土试验,记录仪能够可靠地存储并回读实验数据,证明了在100000g高冲击环境下记录仪工作的可靠性。