液滴撞击深池上覆油膜的空腔演化特性

为探究液滴撞击深池上覆油膜特性,通过实验和理论方法研究撞击过程中的空腔演化动力特性,构建了多界面模型。结果表明:液滴-油膜-液池的不相溶特性导致更复杂的空腔演化过程,对于较小的弗劳德数Fr条件下,子液滴的产生原因是向下射流发生Rayleigh-Plateau不稳定性。对于大Fr条件下,撞击后形变液滴收缩导致的Rayleigh-Plateau不稳定性是导致子液滴形成的主要原因;由于不相溶界面上的切应力影响,空腔初始扩展速度随着形变界面数量增加而减小;对于薄液膜,由于未考虑油膜-深池界面形变的界面能,其无量纲空腔深度d'与Fr之间关系不满足经典关系d′-F_(r)^(1/4)。而对于厚液膜,其撞击过程可被视为水滴撞击油池,实验观测满足经典关系;采用多界面模型求解获得的有效空腔深度d'_(e)与Fr之间关系满足d′_(e)~F_(r)^(1/4)。

亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标的空腔特征与致伤阈值

肥皂靶标广泛应用于创伤弹道领域,作为生物目标等效靶,以观察伤口通道的破坏特征评估弹药的潜在伤害,但目前尚缺乏低附带毁伤弹药的亚毫米颗粒毁伤元对生物目标的损伤标准。采用量纲分析方法确定侵彻空腔的成形特征,根据颗粒驱动试验获得肥皂靶标的实际创伤弹道表现,并结合数值模拟分析亚毫米颗粒的侵彻空腔演化规律,建立亚毫米颗粒对肥皂靶标的临界损伤条件。研究结果表明:亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标产生以入口直径和空腔深度来表现的圆锥状空腔,不同密度、粒度和速度的亚毫米颗粒侵彻肥皂靶标产生的空腔存在明显差异,空腔特征与比动能相关;随着颗粒材料密度、粒度和速度的增加,侵彻肥皂靶标产生的空腔容积随之增加,颗粒粒径越大,对肥皂靶标的侵彻深度越深,入口直径扩展至颗粒粒径的2.0~2.5倍;参考常规破片杀伤标准,等效计算不同粒径亚毫米颗粒对肥皂靶标的致伤及不同侵彻深度的能量密度阈值,发现亚毫米颗粒侵彻的能量密度需要超过0.83 J/cm^(2)才能对肥皂靶标造成损伤。数值模拟、试验测试和理论分析结果吻合较好,影响规律具有一致性,研究结果可为低附带毁伤战斗部设计及效应评估提供理论参考。

手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)防弹衣可以有效地阻止手枪弹的侵彻作用,但仍会对有生目标的机体产生非贯穿钝击伤,其详细机理尚不清楚。非贯穿钝击伤机理可以采用带防护的明胶模拟靶标进行研究,建立了手枪弹高速撞击带UHMWPE软防护明胶模拟靶标有限元计算模型,数值模拟了某7.62 mm手枪弹对带纤维软防护明胶靶标冲击响应过程,数值计算结果与实验结果基本一致,验证了有限元模型的正确性。研究结果掲示了在该7.62 mm手枪弹侵彻过程中,弹体速度、加速度变化规律、软纤维防护层的吸能比例和破坏特征;获得了明胶内瞬时空腔和压力波形成与发展规律,更进一步掲示了手枪弹非贯穿钝击作用力学机理。