侧向约束陶瓷抗侵彻性能数值模拟

为研究侧向约束、陶瓷尺寸及着靶位置对陶瓷抗侵彻性能的影响,利用AUTODYNA有限元仿真软件对陶瓷块分别在无约束及有约束情况下抗侵彻性能进行了数值模拟。在2种条件下,选取不同直径陶瓷块及相同尺寸陶瓷不同着靶位置为仿真方案,对陶瓷受侵彻过程中的破坏模式、变化规律进行了对比分析。结果表明:在无约束条件下,由于陶瓷尺寸减小及着靶边缘位置均导致无法形成完整陶瓷锥,陶瓷抗侵彻性能明显下降;而约束作用可有效改变陶瓷破坏模式,对陶瓷抗侵彻能力增强明显,能有效改善尺寸减小及着靶边缘位置带来的抗侵彻能力下降的问题。     

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。     

陶瓷破片侵彻钛合金薄靶实验及数值模拟研究

为了研究非金属陶瓷破片对钛合金薄靶的侵彻效能,采用弹道冲击实验与有限元数值模拟相结合的方法,开展了破片直径和着靶角度对靶板破坏形态及弹道极限的影响研究。结果表明：在弹道极限情况下,陶瓷破片对钛合金薄靶的侵彻形态主要分为瓣裂穿孔和冲塞穿孔。其中,钛合金靶厚度为0.5～0.8 mm时,靶板的破坏形式主要以瓣裂穿孔为主,靶板厚度为1.0～1.5 mm时,对靶板的破坏形式为瓣裂穿孔和冲塞穿孔2种方式的耦合状态,靶板厚度为2.0 mm时,靶板的破坏方式为冲塞穿孔。随着破片直径的增大,陶瓷破片对靶板的弹道极限(V₅₀)逐渐减小,靶板背面造成的盘式隆起越明显。同时,随着陶瓷破片着角的增加,侵彻靶板的V₅₀也随之增加,当着角大于75°时,破片发生跳飞现象。研究结论对于反卫星武器战斗部威力设计具有重要意义。     

有限厚钢筋混凝土参数对破片侵彻性能的影响

为研究钢筋混凝土中钢筋参数对破片侵彻混凝土的影响,通过分析混凝土破坏模式、质量损失和破片剩余速度,得到不同钢筋配置情况下破片对侵彻混凝土的损伤规律。采用正交优化的方法研究了破片对不同钢筋配置(间隔、钢筋直径和嵌埋深度)混凝土的侵彻效果。研究结果表明：在破片不接触钢筋时,各参数对破片剩余速度影响小,利用PLS分析方法得到钢筋间距此时的影响最大,其回归系数为-0.79;破片接触混凝土时钢筋直径对剩余速度影响最大,在中间及交界处位置的平均侵蚀质量分别减少24.1%和31.6%,平均剩余速度分别减少83.2%和97.1%。得到了3种位置下最佳的钢筋抗破片侵彻参数,研究结果对于防护破片侵彻的钢筋混凝土结构参数设计提供了参考依据。     

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。     

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.     

利用MSC/DYTRAN程序仿真分析导弹战斗部立方体破片的侵彻威力

对反辐射导弹的破片杀伤战斗部中较为常见的立方体破片的 3种典型姿态侵彻 (尖端、棱边及正面侵彻 ) 4mm厚 94 5钢的侵彻过程进行仿真数值计算 .通过仿真计算 ,结合实验结果比较 ,得出结论 :不同初始侵彻姿态的立方体破片在侵彻过程中 ,由于旋转角速度的作用及稳定性的要求 ,破片的侵彻姿态将趋于正面侵彻 .不同姿态的侵彻 ,侵彻威力相差不大     

预制破片侵彻靶板临界跳飞角变化规律

为研究预制破片侵彻靶板的临界跳飞角变化规律,采用数值仿真的方法对预制破片侵彻靶板的临界跳飞角变化规律进行分析.利用LS-DYNA有限元仿真软件,建立了不同形状预制破片侵彻靶板的仿真模型,通过与试验结果相对比的方式验证了模型的可信性.分析了破片形状、破片形状比例系数、破片入射速度和靶板厚度对临界跳飞角的影响规律.分析结果表明:在相同条件下,破片临界跳飞角按照圆柱形、方形和球形预制破片的顺序依次减小,随着破片入射速度和破片形状比例系数的增大而增大,并在一定范围内随着靶板厚度的增加而减小.     

一种由金属陶瓷单元构成的间隔装甲抗射流侵彻性能研究

为了获得由金属陶瓷复合单元构成的间隔装甲的抗侵彻性能,基于180 mm大口径聚能装药,开展了侵彻试验和仿真研究。通过分析靶板的破坏情况以及仿真中射流与靶板的相互作用过程,揭示了复合装甲对射流的干扰机制。采用剩余穿深等效准则,获得了不同着角下复合装甲的等效靶厚度。研究结果表明：斜侵彻条件下,金属陶瓷复合单元能够通过向射流头部施加不对称作用力,以及利用孔壁形成切割作用2种方式削弱射流的侵彻能力。同时,防护系数计算结果显示,在45°着角条件下,由金属陶瓷复合单元构成的间隔装甲具有良好的抗弹性能,可达到试验用聚能装药极限侵彻能力的1/4。     

战斗部近炸下防护液舱破坏机理分析

为研究大型舰船水下舷侧防护液舱的破坏机理,根据液舱的承载特性,设计制作缩尺战斗部模型和敞口、密闭两种液舱结构模型,开展两种姿态战斗部近炸下高速破片和冲击波对防护液舱的联合毁伤试验。根据试验后液舱模型的破损情况分析液舱前、后板在典型载荷下的破坏机理,总结分析液舱结构整体的破坏模式和破坏机理。结果表明：高速破片是防护液舱结构的主要防御对象,破片开坑和空化阶段是液舱结构变形破坏的主要阶段,破片群侵彻液舱形成的激波载荷和空化效应引起的挤压载荷是使结构产生变形破坏的主要冲击载荷。     

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。     

钢管钢纤维高强混凝土遮弹层抗侵彻数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢纤维体积分数为0,0.5%,1.0%,钢管壁厚度为4,7.5 mm的钢管钢纤维高强混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟研究,引入JHC模型来描述钢纤维高强混凝土在高速、高压环境下的非线性变形和破坏情况。通过分析距离中心侵彻位置不同节点的位移变化曲线,研究了钢管分隔作用对遮弹层抗侵彻的影响,并与现场试验结果进行对比,吻合较好。同时,研究了钢纤维体积分数及钢管壁厚度对遮弹层抗侵彻的影响,结果表明:钢纤维的掺入减轻了弹体的破坏效应、限制了侵彻深度;钢管壁厚度的增加使其更好地发挥了自身的套箍及吸能作用,提高了遮弹层整体的抗侵彻能力。     

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。     

双箭头负泊松比结构抗侵彻性能

采用数值模拟方法研究了双箭头负泊松比多胞结构抗子弹侵彻性能,对比分析了顶边撞击、铰点撞击、侧边撞击三种弹靶作用条件下子弹的侵彻行为与双箭头负泊松比结构的破坏形式。研究结果表明:当子弹以较高速度撞击双箭头负泊松比结构时,该结构的负泊松比效应不显著;顶边撞击与铰点撞击时,子弹直接贯穿结构,胞元破坏较小,此时双箭头负泊松比多胞结构抗侵彻性能较差;侧边撞击时,子弹未贯穿多胞结构,胞元破坏较大,双箭头负泊松比结构依靠其双三角结构使子弹发生偏转,显著增大了其侵彻阻力。分析了顶边撞击时子弹的入射角度变化对于双箭头负泊松比结构抗侵彻性能的影响,发现存在30°入射角和60°入射角。当子弹处于这两种入射角附近时,双箭头负泊松比多胞结构具有一定的抗侵彻能力。     

锥台嵌挤预应力约束混凝土抗冲击性能研究

钢管混凝土具有优良的抗冲击性能,为提高钢管在弹性阶段对混凝土的约束作用,设计并制备了锥台嵌挤预应力约束混凝土,以实现钢管对混凝土的主动围压约束。采用6 m高度落锤冲击试验,对比了预应力约束混凝土、素混凝土和常规钢环约束混凝土的破坏模式,分析了主要参数的影响。结果表明,当预应力约束混凝土试件的平均预应力大于1 MPa时,其产生初始可见裂缝时的冲击能量是素混凝土和钢环约束混凝土的4～20倍;其破坏时的冲击能量远高于素混凝土和钢环约束混凝土,甚至超过40倍;相比钢环约束混凝土,预应力约束混凝土破坏时裂缝更细,整体性更好,且可以更为显著的提高高强混凝土的抗冲击性能。为有效提高预应力约束混凝土的抗冲击性能,钢环的锥面倾角不宜大于3°,采用正六角形钢环要优于圆形和正四角形钢环。提出的锥台嵌挤预应力约束形式可以用于提高钢管混凝土的抗冲击能力,也可应用于防护门面层或遮弹层等结构中。     

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。     

装备战场损伤试验布局设计仿真研究

装备战场损伤试验存在实施难度大,试验效率低的问题。为提高试验效能,采用AUTODYN,建立预制破片战斗部有限元仿真模型,模拟了战斗部爆炸及预制破片飞散的过程,仿真结果同实弹试验所采集数据基本吻合,验证了所用模拟方法的有效性。通过分析破片侵彻靶板的损伤规律,建立了球形破片撞击靶板损伤相图,结合破片飞散规律,建立了试验布局参考相图。研究结果表明:预制破片战斗部的爆炸及对装备的打击过程,能够通过数值仿真方式准确的进行模拟,从而大大减少试验费用;所建立的试验布局参考相图,能够为试验布局的设计和优化提供一定的参考。     

一种钢-铝金属间隙装甲抗小口径穿甲弹的性能研究

为了研究间隙装甲的靶板间距和倾角对装甲抗弹性能的影响规律,设计了一种装甲钢-装甲铝间隙装甲,并进行了不同初速度15.5 mm穿甲弹侵彻该间隙装甲的试验,研究不同弹丸初速下,弹丸和弹靶的破坏形式和破坏机理,在数值模拟和试验结果具有较高的一致性前提下,进一步研究装甲倾角和靶板间距对装甲抗弹性能的影响规律。结果表明：在一定弹靶条件下,装甲倾角较小时(<20°),倾角效应为负效应,装甲倾角较大时(>20°),倾角效应为正效应;当靶板间距小于弹长时,间隙效应呈现负效应,装甲的抗弹性能下降6.7%～18.9%;靶板间距大于弹长时,随着装甲倾角的增大,间隙效应逐渐向正效应转变,装甲的抗弹能力提高25%。研究结果揭示了该钢-铝间隙装甲的抗弹性能,可以为间隙装甲的设计提供有效支持。     

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。     

高速杆式弹侵彻下蓄水结构防护效能数值分析

为探讨蓄水结构抗侵彻防护效能,采用动态非线性有限元,结合箱型蓄水结构弹道冲击试验,分析了蓄水结构在高速杆式弹侵彻下的防护效能及水介质对结构吸能性能的影响,并将有限元结果与试验结果进行了比较,两者吻合良好。比较结果表明:水介质的抗侵彻吸能能力随弹体初速v0的增加而迅速增强;当v01 500m/s时,其防护效能高于同等重量的船用钢。