基于侵彻力学理论的非开挖钻进方法的初步研究

将军事领域中钻地导弹与电磁炮弹的有关研究，与非开挖工程领域相结合，提出了极限冲击矛施工法这一概念，并基于侵彻力学理论对极限冲击矛作了初步的研究，包括装备结构，工作原理及公式推导，该方法新颖独特，研究意义很大。

刚性弹侵彻动力学中的第三无量纲数

采用侵彻阻力的一般表达式,计及速度一次项和减速度效应导致的附加虚拟质量项,利用量纲分析方法,明确定义控制刚性弹侵彻过程的第三无量纲物理量,即阻尼函数ξ．针对一般凸形弹头的侵彻问题开展分析,得到一般化的无量纲侵彻深度的计算公式;同时给出多个常用弹形的形状参数．针对已公开发表的不同弹形、靶材和撞击速度的侵彻实验数据,考察有无阻尼函数的理论预期,分析结果与实验数据一致．

长杆弹侵彻流体动力学模型的精确解及其分析

Alekseevskii-Tate模型(简称为AT模型)是目前长杆弹侵彻理论模型中最经典且应用最广泛的改进的流体动力学模型。在AT模型基础上,指出并完善了其推导过程的存在不足之处。推导出了一般情况下AT模型中关键参数如瞬时侵彻深度与最大侵彻深度的解析解,并对几种具体情况下的具体精确解进行了讨论分析。从理论上,论述分析了长杆弹垂直侵彻半无限靶板侵彻主要过程中的弹体速度的"不稳定"特性,并就弹靶材料密度比、弹靶流变强度比对弹体侵彻过程中弹体的瞬时侵彻深度、弹体的最大侵彻深度、弹体的瞬时速度等主要特性的影响规律进行了理论分析。

基于侵彻力学理论的极限冲击钻初步研究

将军事领域中钻地导弹与电磁炮弹的有关研究,与我国现阶段钻探领域相结合,并基于侵彻力学理论对极限冲击钻作了初步研究,包括装备结构、工作原理及公式推导。最后,阐述了该新型技术的应用前景,且此技术新颖独特,具有重要的研究意义。

刻槽弹体旋转侵彻铝靶试验与数值模拟

为研究刻槽弹体旋转侵彻作用性能,分析了刻槽弹体旋转侵彻作用过程,在着靶速度400~700m/s范围对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻铝靶进行了试验研究,利用LS-DYNA动力学软件对刻槽弹体和卵形弹体旋转侵彻过程进行了数值仿真,仿真和试验结果吻合较好,表明仿真方法及材料模型的适用性。进行了着靶速度300~700m/s,转速0~1 500r/s条件下的仿真试验。仿真结果表明,旋转对刻槽弹体侵深具有很大的影响,在弹体转速和着靶速度达到合理匹配时,旋转的刻槽弹体可以有效地提高弹体的侵深。

反跑道动能弹斜侵彻机场多层跑道的三维数值模拟

应用LS-DYNA有限元仿真软件对反跑道动能侵彻弹斜侵彻机场跑道的过程进行了三维数值模拟。研究了侵彻速度、入射斜角、侵彻弹重心位置以及跑道内介质交界面对侵彻过程的影响。结果表明:侵彻弹弹体质心位置靠前能减少侵彻中弹体的翻转,增加侵彻深度;多层介质界面的存在加速了弹体姿态翻转,侵彻速度越小和斜角越大时其现象越明显,同时改变了弹体过载响应,加剧了侵彻弹壳体应力集中。仿真结果对反跑道动能侵彻弹设计具有参考价值。

弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出了头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS‑DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶的过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态,具有较好的侵彻弹道稳定性。

材料Johnson-Cook破坏准则参数对侵彻行为的影响及校正

利用Johnson-Cook破坏模型和非线性商业软件Abaqus,以4340钢杆弹垂直侵彻半无限4340钢靶板为例,探讨和分析参数D1D5对破坏等效应变及侵彻计算过程与结果的影响,并获得各参数对侵彻深度的影响规律。研究表明:参数D1的取值为正值且应非常接近于0.000,综合考虑计算的稳定性,金属材料可取0.001或稍小;D4可取负值,建议为[-0.005,0.005];弹体在侵彻过程中接触部位所受静水压力为正（以压为正）且数值较大,入射速度为2.47 km/s时,弹体头部最大压力-等效应力比最大,达到142.14;D2和D3的取值应非常谨慎,需要通过数值计算验证。用所给出的校正方法和原则,对4340钢的Johnson-Cook破坏准则中参数进行校正,认为参数D1D5分别可取为0.001、2.730、2.000、0.002和0.610,数值计算表明,用该组数据进行数值计算的结果与实验接近,侵彻仿真过程合理准确。

基于盖帽模型的混凝土动态球型空腔膨胀模型和侵彻阻力分析

为了获得弹丸高速侵彻混凝土介质的阻力方程,提出了一种基于混凝土盖帽模型的球形动态空腔膨胀模型。利用一般形式的状态方程和屈服准则描述混凝土材料的动态力学特性,获得了通用混凝土球形空腔膨胀模型的动态响应表达式。通过引入Dracker-Prager Cap屈服模型,在新的空腔膨胀模型中考虑了混凝土高压下的屈服软化特性。计算结果表明:采用带剪切饱和的Mohr-Coulomb屈服准则与Tresca屈服准则推导出的阻力方程在高速阶段与盖帽模型差别较大。实验结果证明:基于盖帽模型的球形空腔膨胀模型因考虑混凝土高压屈服软化特性与实验结果具有更好的一致性。

长径比对侵彻膨胀弹横向效应的影响

采用有限元软件LS-DYNA,对装填尼龙的侵彻膨胀弹以1200m/s着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟,获得了长径比对侵彻膨胀弹横向效应产生的影响规律。结果表明:当长径比较小时,整个弹体基本都发生横向效应,但穿透靶板后的残余速度较小;当长径比较大时,弹体的一部分发生横向效应,穿透靶板后的残余速度很大;综合考虑横向效应的有效发挥和影响因素,侵彻膨胀弹的长径比取4∶1～6∶1比较适宜。

芳纶复合材料抗破片模拟弹丸侵彻的一种工程分析方法

为研究芳纶复合材料抗破片模拟弹丸侵彻的性能,进行了4.5 g破片模拟弹丸侵彻15 mm厚芳纶靶板的穿甲实验。实验结果表明破片初速与穿透剩余速度呈线性关系,靶板的面密度吸收能可能存在极大值。进而提出一种破片模拟弹丸侵彻芳纶靶板的工程分析方法,给出了破片侵彻芳纶靶板的弹道极限速度与穿透剩余速度的预测公式,预测结果与实验结果有较好的一致性。并提出了面密度吸收能存在极大值,最后讨论了芳纶抗破片侵彻性能的表征方法。

侵彻准稳定过程中冲击速度与侵彻速度的关系

针对93W长杆弹垂直侵彻半无限4340钢靶的准稳定阶段进行研究,根据弹尾和弹体平均速度时程曲线分析准稳定阶段的速度特性和时间分布,并对不同长径比不同入射速度条件下冲击速度与侵彻速度之间的关系进行研究。研究表明,不同条件下侵彻速度与冲击速度发生较大的变化,但两者之间的关系不变且满足线性关系。这种关系与利用流体动力学模型所推导出的线性关系明显不同。

高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟

运用AUTODYN动力学仿真软件对高速(1.2～3km/s)杆式弹侵彻有限厚靶进行数值模拟。分别计算了Lagrange算法和SPH算法以及不同计算规模下,杆式弹高速侵彻过程,对比分析了侵彻后效的工程计算结果,并研究了不同着速、着靶角和弹丸头部形状对弹丸侵彻后效的影响。算法分析表明,拉氏算法可以更好模拟侵彻界面变化,SPH则可以更好模拟材料破碎飞溅;Lagrange算法0.75mm网格和SPH算法0.5mm粒度即可满足算例问题的计算精度。并指出对高速杆式弹的侵彻研究和设计需要根据着速等初始状态的不同而综合考虑。

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。

基于ANSYS/LS-DYNA的刻槽式MEFP侵彻钢靶的研究

多爆炸成型弹丸战斗部(MEFP)能有效提高炸药利用率和命中概率。基于ANSYS/LS-DYNA软件研究了刻槽式MEFP战斗部侵彻双层无间隔钢靶的过程,通过使用三维建模方法、不同材料分别选取不同的状态方程和本构方程,采用实体单元和壳单元进行网格划分,得到了刻槽式MEFP战斗部对靶板侵彻的数值计算结果。结果表明:刻槽式MEFP侵彻过程要经过开坑、联合侵彻、贯穿3个阶段。模拟结果与实验结果基本一致。

新型头形弹体对混凝土的侵彻效能

针对一种带小圆柱体头形的新型弹体结构,将数值模拟和侵彻试验相结合,研究了不同头形参数的新型头形弹体在不同侵彻速度条件下对9 MPa和28.4 MPa 2种混凝土靶的侵彻机理和侵彻效能.研究结果初步表明,新型头形弹体侵彻混凝土不会出现开孔扩大效应,头部小圆柱先期侵彻,有利于弱化弹体侵彻路径周围介质的强度.初步判断,新型头形弹体在一定头形结构参数条件下的侵彻性能优于常规卵形头形弹体.

一种新型头形弹体侵彻混凝土的试验研究

在调研和借鉴国内外相关文献资料的基础上,文中提出一种带小圆柱体头形的新型头形弹体结构,并通过火炮试验对不同头形参数的新型头形弹体在不同侵彻速度条件下对两种靶体强度(9MPa和28.4MPa)的混凝土靶的侵彻性能开展研究,探索新型头形弹体的侵彻机理,初步建立了理论分析模型,并对比了理论分析结果和试验数据,研究表明,新型头形弹体在一定头形结构参数条件下的侵彻性能优于常规卵形头形弹体。

等动能长杆弹侵彻行为的研究及优化设计

为了提高长杆弹的侵彻效率,针对长杆弹对半无限靶板的垂直侵彻行为,分析了影响侵彻深度的主要因素,并利用经验公式和商业数值软件研究了各因素对侵彻深度的影响规律和机制。研究表明:当弹体的总动能一定时,存在一个长径比、入射速度、弹体旋转速度,使得该种长杆弹的侵彻深度达到最大值,并对已知总动能的情况下如何求解和优化设计这些参数进行了说明。

复合杆体侵彻半无限靶的数值模拟分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件对复合杆体在不同弹芯长径比、弹芯截面积形状、弹芯和护套材料参数情况下垂直侵彻半无限靶进行了三维数值模拟研究,找到了相关物理量对侵彻效果的影响规律,并通过进一步建立弹坑简化模型,分析了复合杆体的侵彻机理。结果表明:在保证侵彻过程中弹芯不弯曲变形的前提下,尽量提高弹芯长径比和着靶速度能有效提高侵彻效果;圆形弹芯截面侵彻效果相对于正方形和三角形弹芯截面的复合杆体更为稳定;在满足内外弹道强度要求的前提条件下,采用密度较高的弹芯材料、密度和杨氏模量较低的护套材料可以明显提高复合杆体的侵彻效果;复合杆体的长径比和材料类型会对不同侵彻阶段穿深与弹坑总穿深之比产生影响。

着靶速度对侵彻膨胀弹横向效应的影响

在建立弹靶模型的基础上,采用有限元软件LS-DYNA对装填尼龙的侵彻膨胀弹以不同着靶速度侵彻4340钢靶板的过程进行了数值模拟。结果表明:着靶速度对侵彻膨胀弹横向效应的产生有一定的影响。在PELE能够穿透靶板的前提下,随着着靶速度的进一步增加,横向效应的作用区域呈现出先减小后增大的趋势,而PELE穿透靶板后的速度损失越来越小;综合考虑横向效应的有效发挥和常规发射条件,PELE着靶速度的选取应选取800 m/s^1 300 m/s较为合适。