步枪弹侵彻背部穿硬防护人体靶标钝击效应研究

针对枪弹侵彻穿防弹衣人体背部产生脊柱脊髓钝性损伤,建立了DBP10式5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模型,采用JHB本构和基于Abaqus二次开发的VUMAT本构分别模拟SiC陶瓷和UHMWPE层合板;开展了5.8 mm步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模拟,通过基于高速摄影的弹道实验结果对比验证了数值模型的准确性;基于枪弹侵彻防弹插板的数值模拟结果,开展了5.8 mm步枪弹以910 m/s入靶速度侵彻背部穿硬防护人体躯干靶标的数值模拟,明确了步枪弹击中防弹衣后压力波在肌肉-脊柱内的传导规律,还原了枪弹侵彻过程中人体典型器官(心、肝、肺、胃等)的应力波传递过程。结果表明:人体背部在枪弹钝击作用下会在脊椎椎骨上产生瞬时高应力,可能导致椎骨骨折、椎间盘突出和脊柱不稳定;致伤点T10椎体后方脊髓最大应力为1.04 MPa,可能导致脊髓改变;对脊髓上应力与加速度线性回归分析表明,压力与加速度呈正相关。

步枪弹对复合防护人体上躯干冲击有限元分析

对高速步枪弹撞击带复合防护人体上躯干冲击响应进行了有限元建模和数值计算分析,以CT扫描获取人体上躯干建模源图像,建立了包括皮肤、肌肉、胸廓骨骼结构、主要内脏器官和纵膈在内的人体上躯干有限元模型;根据步枪弹高速侵彻特点,建立了软硬复合防弹衣有限元模型,利用显式非线性有限元方法对高速步枪弹撞击带软硬复合防护衣的人体上躯干的冲击响应进行数值计算,获得了皮肤、胸骨、心脏、肺脏、肝脏以及胃的动态冲击响应情况。计算结果与实验结果的对比验证了有限元计算模型的正确性,数值计算结果定量揭示了人体上躯干靶标动力响应特性和软硬复合防弹衣后人体钝性损伤时压力传递机制,为冲击效应与损伤评估提供了基本数据,为数值模拟步枪弹高速钝击有软硬复合防护的人体靶标作用效应提供了一种有效方法。

3种小口径步枪弹的致伤效应

探讨小口径枪弹的杀伤性能,将SS109 5.56mm、M74 5.45mm、87式5.8mm等3种小口径步枪弹结构特点、性能参数及明胶中运动规律进行了对比评测;以明胶为组织模拟物开展了步枪弹侵彻靶标实验,并对3种步枪弹侵彻明胶实验数据进行对比分析。分析结果表明,我国87式5.8mm普通弹杀伤性能优于SS109 5.56mm和M74 5.45mm步枪弹,较好验证了理论分析结果。

基于SPH-FEM转换算法的7.62mm步枪弹冲击30CrMnSiA钢板的数值计算

从转换判据和时间步长控制两个方面对光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FEM)转换算法进行改进,采用改进的SPH-FEM转换算法对7.62 mm步枪弹冲击特殊热处理的30CrMnSiA钢板进行全尺寸三维数值计算,将子弹在冲击过程中发生严重畸变的有限单元转换为SPH粒子继续参与计算.子弹采用弹塑性模型,靶板采用修正的Johnson-Cook强度模型和Gruneisen状态方程.针对不同的子弹初速,计算靶板盘形凹陷和冲塞两种破坏模式,计算结果与实验结果吻合较好.表明改进的SPH-FEM转换算法能够合理高效地利用有限单元和SPH粒子,为低强度子弹冲击高强度靶板的计算提供一种有效途径.

7.62mm步枪弹正冲击30CrMnSiA钢板破坏效应试验

采用Ф25口径弹道滑膛炮发射7．62mm步枪弹头对经过某热处理工艺的4．1mm厚30CrMnSiA钢板进行了正冲击弹道破坏效应试验。冲击速度为600～890m／s。随着冲击速度的增加，通过试验分别观察到靶板的破坏模式依次经历隆起和盘形凹陷的塑性变形、花瓣型破坏以及冲塞型破坏3种模式。弹道极限速度在662m／s左右。试验结果分析表明，对靶板的冲击效应主要体现在弹头内强度较高的钢芯上，但当冲击速度提高到一定程度之后，被甲的质量效应开始表现出来，形成继钢芯冲塞靶板之后的二次冲塞；冲击之后的弹头钢芯头部镦粗，且其镦粗程度随弹头冲击速度的提高逐渐降低，一般不发生质量侵蚀现象。

步枪弹侵彻明胶的空间弹道模型和实验研究

为研究刚性步枪弹侵彻人体组织的致伤机理,以弹道明胶作为人体组织的替代物,通过在速度坐标系中分析弹头所受阻力、升力和转动力矩关于攻角和速度的定量关系,建立了步枪弹侵彻明胶的空间弹道模型.利用镜面反射系统开展了7.62mm步枪弹和5.80mm步枪弹侵彻明胶的实验研究,并通过直接线性变换法获得了两种步枪弹侵彻明胶的水平位移、竖直位移、侧向位移、俯仰角和偏航角.分析研究表明:弹头侵彻明胶的平动和转动均是空间运动;弹道模型能较好地模拟实验步枪弹侵彻明胶的空间运动规律;随弹头质量和赤道转动惯量的增加,弹头的能量消耗增加;极转动惯量对弹头的能量消耗过程几乎没有影响.

典型小口径步枪弹侵彻明胶时空腔演化规律的实验研究

为了研究典型小口径步枪弹在侵彻明胶过程中空腔的形成与发展规律,实验中选用4℃/10%浓度配比,尺寸为300mm×300mm×300mm的明胶块作为靶标,并利用高速摄影进行拍摄测量.在100m射距下实验了3发SS109 5.56mm步枪弹,获得3组空腔图像和压力波数据.通过对数据进行处理并与7.62mm步枪弹空腔图像数据对比分析得出:瞬时空腔最大直径在200~270mm范围内,脉动周期为11ms;瞬时空腔直径随侵彻时间呈半正弦波衰减曲线变化;杀伤元的形状对瞬时空腔的形状有显著影响,从而影响到杀伤威力的大小.

高速小口径步枪弹致防弹衣后猪背部钝性损伤特点

目的研究某型高速小口径步枪弹(简称某步枪弹)致复合防弹衣保护下的长白猪背部钝性损伤的特点及力学机制。方法 17头长白猪随机数字表法分为实验组(n=9)、对照组(n=5)和压力测定组(n=3)。实验组采用复合防弹衣(陶瓷防弹板+超高分子量聚乙烯)防护猪背部,以某步枪弹瞄准背部T8椎体射击防弹衣,观察射击前、后猪心率、动脉血压和血氧饱和度,检测脑电、心电;射击后6 h活杀解剖,观察猪病理损伤特点。对照组除射击无弹头的等量弹药的空包弹外,余处理同实验组。压力测定组仅测定某步枪弹射击猪背部时局部压力。结果实验组、压力测定组防弹衣均未击穿,步枪弹命中防弹衣瞬间,防弹衣后局部肌肉组织压力升高明显,猪心率、动脉收缩压、心电与对照组相比无明显变化,防弹衣后脊髓呈钝挫伤病理改变,心内膜、肺脏、肝脏、肾、脾脏轻度出血。结论某型高速小口径步枪弹击中猪背部复合防弹衣时,防弹衣虽未击穿,但防弹衣后脊髓及胸腹腔脏器组织存在不同程度钝性损伤,这可能与防弹衣快速变形造成的背部钝性撞击,局部压力升高有关。

步枪弹撞击防护条件明胶时压力波特性的实验研究

为了研究防护条件下人员的钝性损伤机理,明确步枪弹撞击防弹衣后所产生压力波的特性,实验中采用4℃,10%浓度配比,尺寸为300 mm×300 mm×300 mm且附着NIJⅢ级防弹衣的明胶块作为模拟靶标,在100 m射距下射击3发5.56 mm SS109步枪弹。利用枪弹入靶速度和压力测试系统同步测试,共获得了3组靶标内部压力波数据。通过对数据进行处理和分析得出以下结论:(1)压力波峰值约为506 k Pa,上升时间约为13μs,持续时间约为60μs;(2)压力波的传播速度约为1 000 m/s,与子弹初速无关;(3)压力波峰值随传播距离增加呈指数衰减。

步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究

为研究步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立步枪弹侵彻复合靶标的数值模型。通过该模型模拟了侵彻过程中的钝性冲击现象和明胶瞬态响应,并进行了试验验证。研究结果表明:步枪弹侵彻陶瓷板过程中消耗了弹头大部分能量;明胶内瞬时空腔呈现椭球形基本形态,空腔最大凹陷深度和膨胀速度分别为25.6mm和35.7m/s;压力波在明胶内以球面波形式向外传播,在弹着点处峰值压力最大,且压力幅值随着传播距离的增大而不断减小;弹头速度先有一段明显的下降过程,而加速度绝对值则先增大,随后它们都逐渐衰减至0m/s和0m/s2;陶瓷板的破坏主要是由拉应力和压应力的反复作用造成的;数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值模拟模型的准确性。

步枪弹M855与M855A1的侵彻效能对比仿真

为探究美军新型5.56 mm步枪弹M855A1的杀伤力、穿甲能力与其原型步枪弹M855相比有何优势,利用三维非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对M855A1、M855步枪弹侵彻明胶、钢靶、松木靶的作用过程进行了数值模拟。对两种步枪弹在侵彻过程中的结构变化、能量传递等进行了对比分析。结果表明步枪弹M855A1较于M855具有更好的停止作用与穿甲作用。得出了M855A1的结构对小口径步枪弹的设计具有很大参考价值的结论。

M855A1步枪弹侵彻钢靶板数值仿真

M855A1是一种采用新型穿甲弹结构的小口径步枪弹,较M855步枪弹主要优化了硬目标穿甲与软目标杀伤性能。为研究其穿甲性能,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同射程下M855A1步枪弹侵彻结构钢靶板、装甲钢靶板的过程进行数值仿真,分析穿甲过程中弹头与钢靶板的变形和损伤演化,并对射程与极限穿透厚度的关系进行函数拟合,拟合精度高于99%。结果表明,M855A1步枪弹能基本满足现代小口径步枪弹对穿甲性能的需求,其结构在低速、薄靶条件下对弹体动能、质量的利用效率较高。

“56式”步枪弹弹壳斜肩上痕迹检验1例

1案件简介 某年1月3日凌晨4时许,某俱乐部后门有人打架斗殴,民警在现场提取弹头1枚、弹壳2枚.后经侦查于1月12日抓获嫌疑人李某,并缴获“AK47”冲锋枪（类国产“56-1式”冲锋枪）1支. 弹壳痕迹检验：2枚现场弹壳均是国产“56式”7.62mm步枪弹弹壳,它们的射击痕迹特征均明显、稳定,具备比对鉴定的条件.

射击角对步枪弹侵彻玻璃靶后运动的影响规律

为研究射击角对步枪弹侵彻玻璃靶板影响的规律,对步枪弹侵彻玻璃靶板进行数值模拟,并通过与试验结果对比,数值方法可真实再现弹头在侵彻玻璃过程中的运动行为.结果表明,弹头速度总体变化趋势是逐渐减小,对符合实际使用情况下的速度变化可按射击角分为(0°,5°,10°)(15°,20°)(25°,30°)3个速度梯度,每个梯度内的速度变化基本一致,加速度变化阶段分为4个阶段,呈现双峰现象,对不同射击角下的靶后攻角和速度矢量偏角分析发现,弹头稳定性可按射击角分为(0°,20°)(25°,50°)(55°,80°)3个区间,分别对应稳定飞行、一定扰动飞行、失稳3个状态,而且剩余动能与初始动能比值基本是随着射击角增大线性减小,总体是呈负相关减小趋势.

低侵彻步枪弹翻滚破碎机理研究

通过分析侵彻深度控制的基本原理,建立弹头在软质目标内的翻滚运动模型,揭示弹头离心力破碎的物理机制;采用数值仿真方法,研究与明确影响弹头翻滚破碎的主要因素;通过实验揭示低侵彻步枪弹在明胶靶标中的翻滚破碎过程。研究结果表明:步枪弹弹头翻滚产生的离心力可使弹头壳产生破碎,且弹头质心位置是影响弹头翻滚状态的重要因素,可采用调整质心位置的方法来控制弹头的翻滚状态,并结合提高弹头着速、减小弹头壳厚度、降低弹头壳强度等技术措施,能够将侵彻深度比制式结构步枪弹降低1/2,达到低侵彻杀伤的效果。

某步枪弹侵彻明胶杀伤特性仿真研究

基于ANSYS/LS-DYNA高度非线性动力学仿真软件,研究某步枪弹侵彻明胶仿真技术,仿真结果与实际测试结果吻合,各时刻位移点误差均小于10%,在此基础上分析不同攻角以及不同射程处步枪弹在明胶内运动特性,结果表明:攻角、射程均与杀伤效果呈二次多项式关系。攻角小于1°时,对弹头能量传递量的影响较为敏感; 400 m射程内,射程与能量传递量基本呈线性关系。

步枪弹高速侵彻弹道明胶数值分析

步枪弹侵彻软组织目标过程中的翻滚和破碎效应对终点杀伤效果具有显著影响。为了揭示步枪弹侵彻明胶的运动规律和断裂机制,采用非线性动力学分析软件ANSYS-LSDYNA对步枪弹侵彻明胶的作用过程进行了数值模拟。通过与试验回收弹头比较可知,数值方法可真实再现弹头在明胶中的变形断裂行为。研究结果表明,基于刚体假设的弹头运动模型无法准确模拟发生变形的断裂弹头在明胶中的运动规律,基于节点分离的拉格朗日算法可准确模拟弹头断裂过程中铅芯的破碎飞散。弹头的断裂过程是损伤自变形后由被甲受拉伸一侧外表面向内表面和受压一侧传播的过程,辊沟和膛线划痕对弹头的断裂过程具有重要影响,初始裂痕出现在辊沟处,与被甲母线成一角度,并沿辊沟和膛线划痕传播扩展。

SiC/UHMWPE防弹插板在步枪弹侵彻下的动态响应研究

对防弹插板在高速冲击下的动态力学响应进行研究,不仅可为新型单兵防弹护装备研发提供指导,也可为高性能穿甲枪弹设计提供参考。首先建立了5.56 mm SS109步枪弹侵彻NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板的数值模型,采用JHB(Johnson-Holmquist-Beissel)本构和基于ABAQUS较件二次开发的VUMAT本构分别模拟SiC陶瓷和UHMWPE层合板,通过与基于3D-DIC的防弹插板试验结果对比验证了数值模型的准确性,获得了防弹插板背面变形(back face deformation,BFD)的动态响应过程,并开展了弹丸斜侵彻防弹插板的研究。仿真结果表明:弹丸在侵彻防弹插板40μs后速度从810m/s衰减至218 m/s,防弹插板与弹丸接触的陶瓷块严重碎裂;弹丸仅穿透了两层UHMWPE等效层,UHMWPE层合板弹着点区域产生纤维和基体损伤及分层,到700μs时BFD达到最大,为18.72 mm;防弹插板背面剪应变以弹着点为中心呈“L形”分布,UHMWPE层合板等效应力场呈“菱形”分布,且中间层等效应力水平最高。当弹丸以30°和45°角入射时,防弹插板的BFD峰值分别为11.59 mm和6.84 mm,比垂直入射时分别减小38.09%和64.46%。

步枪弹的终点效应与机体的创伤效应研究

目的研究弹头终点效应对创伤的影响．方法根据流体力学和弹药学理论，分析弹头的直径、外形、结构、质量和终点速度对创伤试验结果的影响．结果试验结果证实，小口径弹头具有更好的创伤效应．结论小口径（５～６ｍｍ），较高初速（９００～１０００ｍ／ｓ）和小质量（３～４ｇ）的弹头是当今的发展方向．

美国联邦弹药公司Mk316 ModO步枪弹斩获美军订单

2024年对于美国著名的弹药制造商联邦弹药公司来说可谓丰收之年。今年7月底,美国特种作战司令部宣布,已经和美国联邦弹药公司签订一份为期1年、价值360万美元的供货合同,采购其生产的Mk316ModO步枪弹(7.62×51mm,弹头质量11.34g)。