两种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究

选取亚稳态β型TB17和高损伤容限α+β型TC4-DT两种高韧钛合金材料,对2种钛合金材料在高应变率条件下动态力学响应特性进行测试分析,并应用125 mm火炮发射装置开展2种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究。结果表明,作为半穿甲战斗部的壳体材料,应选择屈服强度与冲击韧性匹配性好的钛合金,其中更应关注钛合金材料的塑性变形能力和抗冲击韧性;随着侵彻着角的增加,侵彻单层钢靶过程弹体头部侵蚀量及径向墩粗程度更严重,不利于弹体保持侵彻强度及装药安定性。

加强筋位置对半穿甲战斗部侵彻多层钢靶性能影响研究

为了研究加强筋位置对半穿甲战斗部侵彻多层钢靶性能的影响,通过试验及数值仿真,研究了加强筋在弹体轴向不同位置处的2种半穿甲战斗部,以一定速度(710 m/s)、着角(20°)侵彻8层钢靶的弹道偏转、弹孔尺寸、余速的差异。研究结果表明:加强筋位置由弹尖向质心位置逼近时弹道偏转角减小、弹孔长轴减小、穿甲能力提升;弹道偏转角增量与靶间距呈正相关关系;弹道偏转角、侵彻余速、弹头侵蚀量及弹孔仿真结果与试验实测值最大偏差为8.82%,仿真与试验结果符合较好。研究结果可为半穿甲战斗部方案设计提供参考。

舰炮半穿甲模拟弹对金属靶板斜侵彻研究

舰炮作为打击海上、空中和岸上目标的主要武器之一,半穿甲弹的侵彻能力是评价其弹药毁伤能力的重要一环,而开展实船射击实验成本高、机会少。为研究舰炮半穿甲弹倾斜侵彻金属靶板的侵彻能力,参考美军MK-45舰炮使用的奥托·梅莱拉127 mm弹药设计半穿甲模拟弹,采用实验、数值仿真与经验公式相结合的方法分析靶板破环模式、破口尺寸。实验结果表明,在45°和60°两种靶板倾角、385 m/s和500 m/s两种着靶速度情况下,半穿甲模拟弹对12 mm厚E36钢板具有足够的侵彻能力,模拟弹对靶板侵彻的破坏形式为冲塞破坏,破口尺寸平均为弹直径的1.25倍。仿真结果表明:剩余速度、破口形状与实验结果吻合;Thor公式的计算结果与实验结果较为接近,经过参数优化后实验、经验公式与仿真得到的剩余速度误差不超过10%。

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

钨合金杆侵彻过程中的塑性流动及热软化行为

针对钨合金杆穿甲侵彻过程中的塑性变形流动及热软化机制,对高速侵彻嵌入装甲钢中的残余弹体进行微细观组织观测,利用LS-DYNA动力学软件对钨合金杆侵彻装甲钢过程中的温度分布特性进行了数值模拟,并基于MJC本构模型讨论了热软化参数对钨合金杆侵彻性能的影响。结果表明,侵彻过程中弹靶接触区域巨大的冲击压力造成钨晶粒被严重压扁,塑性变形功转化为热量使钨晶粒发生热软化并沿径向流动形成蘑菇头。绝热剪切主要沿蘑菇头飞檐处形成并演化为层片状失效脱落。钨合金弹芯材料的热软化行为对侵彻过程中的塑性流动及侵彻效率有重要影响,当热软化行为表现为低温敏感性时,弹芯蘑菇头塑性影响区厚度降低,弹尾存速增加,从而提高侵彻效率。

靶板厚度对12.7 mm穿燃弹剩余速度和断裂特性的影响

为了获得12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi钢板的剩余速度和断裂特性,开展了12.7 mm穿燃弹侵彻不同厚度30CrMnSi靶板的试验研究,分别利用激光测速和测速靶测量了弹心穿靶前后的速度,通过改变靶厚获得了12.7mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的极限穿深。然后使用LS-DYNA动力学软件,利用FEM网格与SPH粒子相结合的数值模拟方法对12.7 mm穿燃弹侵彻30CrMnSi靶板的过程进行了仿真计算。最后利用穿甲力学理论对穿燃弹的侵彻深度、剩余速度和不同厚度靶板的弹道极限进行了理论计算。结果表明:弹心剩余长度随着靶板厚度的增加而增加,弹心的侵蚀区域由弹身部位逐渐向弹尾移动,弹性区域逐渐扩大,并且随着靶板厚度的增加,靶板的弹道极限也随之增加,弹心侵彻靶板后的剩余速度逐渐降低,根据理论计算,12.7 mm穿燃弹对30CrMnSi靶板的理论侵彻深度约为27.7 mm,与试验结果相符。

战斗部头部形状对侵彻钢板影响的试验与理论研究

[目的]旨在探究战斗部头部形状对其侵彻匀质金属板性能的影响。[方法]利用92 mm滑膛炮发射平头型战斗部和尖头型战斗部侵彻Q345B与921A钢材料的靶板,通过测速靶网以及高速摄像方法对战斗部侵彻钢板前后的速度进行测量,分析侵彻靶板后战斗部与靶板的毁伤模式,从而建立起不同头部形状战斗部侵彻下的理论评估方法。[结果]结果表明:战斗部头部形状对侵彻靶板后的毁伤模式以及对不同类型钢板的等效换算均具有重要影响;尖头型战斗部对靶板的毁伤以花瓣型为主,平头型战斗部以剪切冲塞为主;与贝尔金公式相比,采用改进Thomoson公式计算战斗部侵彻靶板后的剩余速度所得结果与试验结果吻合更好。[结论]所提方法及结果可用于后续对战斗部穿甲性能的评估,并可为后续大质量战斗部侵彻金属板研究提供相关依据。

多孔钛合金夹芯层陶瓷/UHMWPE复合结构的抗侵彻性能

陶瓷/纤维复合装甲的纤维背板由于其刚度较低,无法为陶瓷面板提供足够的支撑,削弱了陶瓷面板对弹丸的侵蚀作用。为了增强复合装甲的整体结构刚度,在陶瓷/纤维复合装甲中加入了金属夹芯层材料,通过试验和数值模拟研究了夹芯复合装甲对12.7 mm穿燃弹的抗弹性能。试验结果表明,穿燃弹弹芯表现出脆性断裂的失效模式,复合材料装甲表现出多种失效模式,包括夹芯层的花瓣形扩孔,UHMWPE(ultra-high molecular weight polyethylene)层压板的分层和凸起变形。建立了三维数值模型来分析整个弹道响应的演变,通过试验结果验证了模拟的准确性。模拟结果表明,12.7 mm穿燃弹的被甲会对陶瓷造成损伤,同时陶瓷会侵蚀弹芯的尖卵形头部,使弹芯头部变钝从而削弱弹芯对UHMWPE背板的侵彻能力。残余弹体的动能大部分由UHMWPE层吸收,UHMWPE层压板的失效模式会随着层数的增加由剪切失效转变为拉伸失效占主导地位。此外,作为夹芯层的多孔TC4板能够为陶瓷面板提供支撑,提高陶瓷面板的吸能效果以及弹体的侵蚀作用,并且12 mm孔径的TC4夹芯层能够提供更大的刚度支撑,使整体复合结构的吸能效率提升10%。

负载对穿甲杆侵彻钢靶行为影响的试验和数值模拟研究

为探究负载对穿甲杆侵彻钢靶行为的影响,采用试验和数值计算相结合的方法,研究了带负载和不带负载穿甲杆对603装甲钢的侵彻行为,分析了负载、入射角度、撞击速度以及负载质心位置对穿甲杆侵彻深度、偏转角度的影响。研究结果表明:斜侵彻时负载使穿甲杆的侵彻深度提高并减小穿甲杆侵彻过程中的弹道偏转角度,提高了穿甲杆的侵彻能力;正侵彻时负载撞击靶板表面消耗能量,不利于提高穿甲杆侵彻深度;撞击速度为1400 m/s,入射角为60°时,负载降低了穿甲杆临界跳飞速度;负载质心距穿甲杆头部距离大于穿甲杆长度1/2时,弹道偏转角度减小,负载使穿甲杆的侵彻能力增强。

破甲战斗部模拟动破甲试验中人因可靠性分析

目的对破甲战斗部模拟动破甲试验中人因失误问题进行研究。方法基于人员认知可靠性(HCR)的分析方法,建立破甲战斗部模拟动破甲试验操作中的技能-规则-知识(SRK)人员认知模型,采用人员认知模式,确定重要响应动作及行为类型,运用人因失误概率计算方法,计算试验过程中的人因失误概率。结果得到了异常燃爆品销毁和引信保险解除是人因失误概率较高的2个高风险因子。最后分析了影响人因失误概率的因素,并给出了人因失误预防与控制方法。结论实际应用表明,人因失误概率计算准确,预防和控制方法有效。

基于修正补偿模型法的不同材料钢板靶标 相似性及等效设计方法

弹体对舰船侵彻能力的考核多采用舰船板架结构侵彻试验,由于特种钢材采购与加工成本较高,因此,需开展弹体侵彻金属靶板材料等效方法研究。基于相似理论对钝头、截锥形和截卵形3种弹体垂直侵彻不同材料钢板情况下剩余速度相似性开展研究,将无量纲剩余速度表示为靶板无量纲板厚和无量纲动态屈服应力的函数,并对于模型靶板与原型靶板材料不同的情况,应用修正补偿模型方法,建立了通过改变模型板厚以达到与原型剩余速度相等的相似性设计方法,并通过数值仿真结果拟合,得到了两种材料间的等效系数,分别为钝头弹0.5047,尖头弹0.3943,截卵形弹体0.3845。

半穿甲弹引信自适应起爆方法

针对半穿甲弹引信采用固定延时起爆方式,炸点位置难以适应不同厚度目标,导致毁伤效果不佳的问题,提出一种半穿甲弹引信自适应起爆方法。该方法设计了一种用于引信自适应起爆的介质厚度识别开关,利用开关对不同厚度钢筋混凝土的闭合响应时间不同来区分目标厚度,结合控制起爆电路实现不同厚度目标自适应起爆。试验和仿真结果表明,该方法设计的介质厚度识别开关对于0.3~1.0 m的钢筋混凝土目标能够进行自适应起爆,炸点精度相比固定延时起爆方法有大幅提高。

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。

双层陶瓷复合靶板抗弹性的研究

基于小型穿甲弹垂直侵彻陶瓷 /铝合金薄板动力响应理论模型 ,分两种情况对靶板的优化配置进行了讨论。一种情况是在给定靶板面密度条件下 ,模拟了弹道极限速度随优化系数的变化曲线 ;另一种情况是在给定弹道极限速度条件下 ,模拟了面密度随优化系数的变化曲线 ,给出了不同靶板的最适优化系数 ,并通过试验加以验证 ,计算结果与试验结果的一致性较好。

轻型陶瓷复合装甲结构研究进展

针对轻型装甲车辆所受主要威胁,综述了抗小型穿甲弹(APP)和高速破片轻型陶瓷复合装甲的结构、抗弹机理和抗弹性能。详细讨论了双层陶瓷复合装甲的材料与厚度匹配、粘结层的厚度与强度和存在的主要问题;简要介绍了轻型陶瓷复合装甲的新结构和新材料,建议加强陶瓷复合靶板的边界效应、抗多次打击能力和功能梯度材料(FGM)以及金属封装陶瓷复合装甲的研究。

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。

陶瓷复合装甲不同区域抗弹丸穿甲能力试验研究

为优化设计陶瓷/高强钢/铝合金复合装甲板,研究了陶瓷/钢/铝合金复合结构中陶瓷面板不同区域抗12.7mm穿甲子弹垂直侵彻的性能。通过弹道试验得到装甲的垂直穿深、钢背板的变形和穿孔模式等。结果表明,弹着点对靶板抗弹机理有重要影响,弹着点在"中心区"和"偏心区"时,可以形成陶瓷锥,粉碎区完整;当弹着点在"边界区"时不能形成陶瓷锥,靶板的抗弹能力显著下降。

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。

钨基合金穿、破甲材料的研究进展

科学技术的发展对钨基合金用作穿、破甲材料的要求日益提高,要求高强韧、自锐性强,好的射流等多功能化,以及材料的多品种化。钨基合金由于密度高、强度和延性好而用作穿、破甲材料越来越引起国内外的关注。作者阐述了国内外近10年来钨合金穿、破甲材料在材料体系、形变强化和动态力学性能等方面的研究进展。

弹丸垂直侵彻陶瓷/金属复合靶板的简化模型

根据薄板在冲击载荷作用下的动力响应理论 ,利用能量法建立了陶瓷 /金属复合靶板抵抗小型穿甲弹侵彻的理论分析模型 .在给定的靶板条件下 ,该模型可以模拟在冲击载荷作用下的复合靶板的弹道极限速度 ,并分别对铝板和钢板做背板的复合靶板进行了试验验证 ;同时 ,在相同的面密度下 ,比较了不同背板的抗弹效果 。