动能侵彻弹装药起爆可靠性试验及敏感因素分析

为研究弹体结构设计对弹体装药起爆可靠性的影响,设计了一种低成本、便捷式引战静态匹配试验装置,开展了不同条件下引信与装药的传爆裕度试验。基于移动最小二乘法,构建了可表征起爆可靠性的多变量响应函数,定量分析了各敏感因素及其耦合作用对起爆可靠性的影响规律。结果表明:传爆间隙和缓冲层厚度对弹体装药起爆影响较大,而隔板厚度在预设3~5 mm范围内的影响较小;为保证动能侵彻弹在使用环境温度范围内可靠作用,引信相对偏离位置、隔板厚度、传爆间隙以及缓冲层厚度分别不应超过25、3.5、25以及22 mm。该试验装置、分析方法及研究成果可为动能侵彻弹结构设计及可靠性验证提供借鉴和指导。

椭圆截面侵彻弹体爆炸特性试验研究

为研究椭圆截面侵彻弹体的爆炸特性,设计并开展了静爆威力外场试验。将质量为255 kg的弹体竖立于木质托弹架上,质心距地面高度为2 m,采用试验引信起爆弹体装药。通过航拍无人机实时拍摄整个爆炸过程,在长轴和短轴方向布置扇形效应钢板以获取破片数量及穿甲率,采用超压传感器测量距弹轴7、10和12 m处的冲击波超压,并对弹体爆炸后的宏观景象以及火球、破片和冲击波超压特性进行了详细分析。结果表明,火球演化形貌与破片散布区域关于弹体长轴和短轴呈对称分布;火球演化过程分为快速成长阶段、高温稳定阶段以及自由扩散阶段,火球尺寸在爆炸后41.7 ms达到最大,短轴和长轴方向的最大尺寸分别为21.86、19.29 m,且火球在长轴方向发生了明显的二次膨胀;短轴方向的破片尺寸小、数量多、穿甲能力强,而长轴方向的破片特性恰好相反;冲击波超压峰值、冲量及速度均随传播距离增大而不断减小。综合试验结果对比分析,认为椭圆截面侵彻弹体的非轴对称结构和非均匀壁厚对爆炸特性影响较大,是造成火球形貌及破片非轴对称分布的根本原因。

Taylor撞击塑性变形的尺寸效应研究

Taylor撞击是结构冲击问题的一种典型情况,能够将应变率对尺寸效应的影响进行解耦。建立了考虑尺寸效应的Taylor杆变形理论解析模型,开展了系统的不同缩比尺寸下的Taylor撞击实验,结合直接测量、三维扫描和扫描电子显微镜微观分析,对Taylor撞击过程中的尺寸效应进行了量化表征。结果表明:在宏观和微观上Taylor撞击塑性变形均存在尺寸效应,200 m/s撞击速度下,1/2缩比、3/10缩比尺寸的Taylor杆无量纲长度变化量与原型实验的偏差分别为-3.75%、-7.25%,获得的Taylor杆变形公式能够很好地描述Taylor撞击实验的尺寸效应。应变率效应是导致Taylor撞击塑性变形尺寸效应的主要原因,在相同实验条件下,Taylor杆尺寸越小,应变率越高,无量纲塑性变形越小。

低速弹体贯穿钢筋混凝土多层靶的破坏特性

为获取大尺寸弹体对4层钢筋混凝土薄靶的贯穿破坏特性,开展了实验与仿真研究。以300 mm口径平衡炮作为发射平台,驱动280 kg截卵形弹体以337 m/s低速正贯穿4层抗压强度为41.8 MPa的钢筋混凝土薄靶,发现靶板破坏区域由锥形前坑区和后坑区组成。在此基础上建立了弹体正贯穿钢筋混凝土薄靶的破坏模型,并对破坏特性相关因素进行了分析。建立了有限元数值仿真模型,采用有限元分析软件LS-DYNA对整个贯穿过程进行了计算。将数值仿真结果与实验结果进行了对比,结果表明:速度及动能消耗最大误差分别为0.82%和6.21%,一致性较好;建立的数值仿真模型可用于弹体对多层靶侵彻能力的预估。

侵彻弹体快速烤燃安全特性实验研究

为了考核大尺寸侵彻弹体的快速烤燃安全特性,利用自行研制的快速烤燃装置开展了实验。将质量为290 kg的侵彻弹体平吊在距航空燃油液面0.4 m的高度进行快速加热,实时采集弹体表面温度并拍摄实验过程,同时测量距弹体质心水平7 m处的反射冲击波超压,最后从加热时间、弹体表面温度、实验后现场破坏情况、反射冲击波超压峰值、反应机理及响应类型等方面对大尺寸侵彻弹体的快速烤燃安全特性进行了详细分析。实验结果表明:侵彻弹体在537℃高温中加热16 min 4 s后开始发生剧烈反应,且弹体内腔下方炸药最先响应形成热点,逐渐积聚的高温高压气体将壳体撕裂后快速泄压,在7 m处测量得到的反射冲击波超压峰值为33.622 kPa,远小于该弹体在空气中完全爆轰产生的冲击波超压峰值。综合判断该侵彻弹体的快速烤燃响应类型为爆燃,其安全特性满足要求。

高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应实验研究

为了研究高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应,以100 mm口径滑膛炮作为发射平台,驱动10 kg级卵形弹体以820~1195 m/s速度撞击强度为31.0~43.6 MPa的钢筋混凝土靶,获得了弹体侵彻/贯穿钢筋混凝土靶的终点弹道实验数据,并对弹体的侵彻/贯穿深度、靶板侧面自由面效应、弹体的变形进行了详细分析。结果表明:弹体的侵彻/贯穿深度为2.2~2.8 m,部分经验公式预估的侵彻/贯穿深度与实验结果吻合较好;当靶面相对尺寸较小且弹速较高时,靶板侧面自由面效应比较明显;当弹速达到1195 m/s时,弹体开始由刚体向半流体转变。

一种分段式结构的变桨距垂直轴风力发电机研究

针对国内风电频率不稳定的问题,提出了一种分段式结构的变桨距垂直轴风力发电机方案.简要介绍了该变桨距垂直轴风力发电机的特点,并采用叶素理论和数值仿真方法对其气动性能进行了研究,结果表明此结构的变桨距垂直轴风力发电机在变桨距性能及叶片的强度和刚度方面更加优越,相信将对我国风力发电的发展起到一定的推动作用.

焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验研究

为研究焊接薄壁侵彻弹体的技术可行性,进行了有限元数值仿真,并参考数值仿真结果设计了一组对比实验,利用100mm口径滑膛炮作为发射平台,开展了焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验。通过实验对比分析了4种不同焊接薄壁弹体的结构响应和靶板破坏情况,优选出了较佳的头部焊接工艺和位置,并对尾部连接方式的强度进行了考核。研究结果可为焊接薄壁弹体的结构设计提供参考。

垂直轴风力发电机叶片气动性能研究

性能优越的垂直轴风力发电机正越来越受到关注。优良的风叶是使垂直风力发电机获得最大风能利用系数和良好经济效益的基础。垂直风力发电机叶型的气动性能研究是当前叶片设计的重要内容。利用ANSYS FLUENT12.0对NACA4412、FX76MP12、DU86-137-25以及C型四种不同叶片的气动性能进行了仿真和分析,得出C型叶片相对其他三种叶片有着更好的气动性能,能为垂直风力发电机叶片的设计起到指导作用。

弹体斜侵彻硬介质目标的临界跳弹评估方法

弹体斜侵彻硬介质目标过程将发生弹道偏转,甚至发生跳弹。弹体一旦跳弹,使弹体侵入不到目标内部,从而不能对目标形成有效打击。为保证弹体能够有效侵彻目标,需要对弹体侵彻目标的临界跳弹角度进行预测,给出弹体不发生跳弹的角度范围。为此,对弹体斜侵彻硬介质目标的跳弹进行研究,建立了预测弹体斜侵彻目标的跳弹分析评估方法。运用该方法对弹体分别侵彻抗压强度为30 MPa和60 MPa的钢筋混凝土的临界跳弹角度进行计算,并与实验结果进行了对比。结果表明,该方法能比较准确地分析和评估弹体的跳弹角度。

弹体高速侵彻钢筋混凝土靶试验研究

为研究结构弹体对钢筋混凝土靶的高速侵彻破坏效应,利用口径35 mm弹道炮开展了1030~1520 m/s速度范围内的高速侵彻试验,获得了弹体的撞击速度、破坏形态、剩余长度、剩余质量和靶体中的侵彻深度及成坑尺寸等试验数据,分析了侵彻深度和侵彻机理随速度的变化关系。结果表明:在1030~1390 m/s的速度范围内,弹体头部磨蚀,磨蚀程度随侵彻速度增加而加剧,侵彻深度随撞击速度近似线性增大;撞击速度在1390~1480 m/s范围内,弹体头部严重磨蚀,侵彻深度随撞击速度增加而减小;撞击速度大于1480 m/s后,弹体严重破碎,侵彻深度急剧下降。针对结构弹体高速侵彻过程中的破坏特点,将侵彻速度划分为刚体侵彻区、准刚体侵彻区、侵蚀体侵彻区和破碎体侵彻区,可为钻地弹结构设计提供参考。

弹体侵彻混凝土的临界跳弹

为了保证钻地战斗部打击防护层目标时不发生跳弹,需要对弹体侵彻目标的临界跳弹角度进行分析和估算。开展了一定大长径比弹体斜侵彻混凝土的跳弹实验,分析了在250~430m/s速度下弹体侵彻30和60 MPa钢筋混凝土的临界跳弹角度,给出了弹体临界跳弹角度包络线。当靶板强度相同时,随着侵彻速度的增加,弹体的临界跳弹倾角增大,增大的趋势逐渐变缓;在相同侵彻速度下,随着靶板强度的增加,弹体的临界跳弹倾角减小;经验公式分析得到的弹体临界跳弹倾角偏低于实验,但偏差基本在3°以内。

弹体侵彻厚混凝土靶迎弹面成坑效应

为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应,总结了侵彻实验中的成坑现象,分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果;考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响,采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式;基于新型成坑效应计算公式,对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明:无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大;对于钢筋混凝土,成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律;在常见的侵彻速度和质量范围内,成坑角为15°~24°,质量对成坑角影响较小;迎弹面成坑耗能占弹体总动能的10%~25%,且配筋率和靶板强度对成坑耗能比例的影响较小;弹体质量越小,成坑阶段耗能占比越大。新型成坑效应计算公式对成坑深度、直径和角度的计算结果与实验数据吻合较好,可为侵彻弹体设计和工程防护提供参考。

气动油压脉冲扳手脉冲发生装置及性能研究

对气动油压脉冲扳手脉冲发生装置的工作原理和工作过程进行了详细的研究和描述,并对脉冲发生过程建立了数学模型。

分类储物箱的设计和分析

在针对现在市场上的储物箱进行了改进,设计出了具有分类能力的分类储物箱,用ANSYS Workbench对其进行了分析,并在此基础上优化了模型;用公理设计的方法对该分类储物箱进行了评估。

挤压态和时效态U-Ti合金动态压缩及绝热剪切性能研究

用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对挤压态和时效态U-Ti合金进行动态压缩和剪切加载,获得其Johnson-Cook(J-C)本构模型,利用光学金相显微镜观察试件剪切前后的显微组织。结果表明:两种合金均表现出应变率强化效应,屈服应力随应变率的增加而增加;时效态比挤压态的U-Ti合金屈服应力高、绝热剪切敏感性高;时效态U-Ti合金强迫剪切区内出现白亮色的绝热剪切带(ASB),宽度为微米量级,ASB充当裂纹相互连接的桥梁,观察到裂纹尖端沿ASB边缘扩展,结合ASB的典型显微结构,推测在冲击载荷下,ASB边缘强度最低。

侵彻弹体慢速烤燃响应特性实验研究

为考核全尺寸侵彻弹体的慢速烤燃响应特性,利用自行研制的慢速烤燃装置开展了实验。将质量为290 kg的侵彻弹体平放在慢烤箱中以3.3℃/h的升温速率缓慢加热,实时采集弹体表面温度曲线并拍摄整个实验过程,测量距弹体质心水平7 m处的反射冲击波峰值超压。实验结果表明:全尺寸侵彻弹体在加热42 h45 min23 s、温度达到约190℃时发生燃烧,41 s后发生了更为剧烈的反应,弹体和慢烤箱被炸裂成大块破片;通过反射冲击波超压峰值反推弹体剧烈反应时对应的等效裸露装药当量为4.153 kg,远小于实际装药当量和完全爆轰时的等效裸露装药当量;从加热时间、弹体表面温度、实验现场破坏情况、反射冲击波峰值超压、反应机理等方面综合判断该侵彻弹体的慢速烤燃响应类型为燃烧转爆炸。

超高速撞击条件下靶体损伤区的数值模拟分析

超高速撞击问题中,靶体损伤区研究能够弥补部分实验中难以精确获取成坑形貌的问题,为撞击机理研究和数值模拟的校验提供重要依据.损伤区的数值模拟研究开展较少,主要原因是缺乏经过实验验证的损伤区判据.本文总结了已有的损伤区定量测量实验结果,发现对于同一种靶体,多种切片显微测试方法得到的损伤区深度比较吻合,这给损伤区分析提供了便利.基于iSALE程序模拟分析了累计塑性应变、损伤因子和峰值压力作为损伤区判断参数的适用性,认为TPS=0.1适合作为损伤判据;D=1可以作为损伤判据,但误差较大需谨慎使用;峰值压力不适合作为损伤判据.通过参数化分析发现,随着孔隙率增大和靶体强度增大,损伤区深度逐渐减小.

共振价键波函数在高压液氢量子蒙卡模拟中的适用性研究

在共振价键理论基础上,选取高压液氢电子主要占据轨道的线性组合作为基组,构建由Jastrow项和反对称孪生函数乘积项(AGP)组成的波函数.考虑电子关联作用的共振价键(RVB)波函数得出的能量值低于LDA能量值;当满足rs<1.75或T>15000K时引入back flow项以改善波函数结点面,改善后的能量值下降约1mHa/atom,能量方差值变小.将构建的RVB波函数与电子-离子耦合的蒙特卡罗法(CEIMC)相结合,计算结果与实验及其他ab-initio结果相符合,获得的液氘单次冲击Hugoniot曲线基本通过所有加载类型实验误差棒,液氘在50.3GPa处具有最大压缩率4.48,在100—120GPa内未发现压缩率有急剧增大的现象.构建的RVB波函数能够适用于较宽密度与温度范围内(1.0<rs<2.2,2800K<T<60000K)液氢的模拟,与CEIMC法相结合可提高液氢冲击特性的模拟精度.

侵彻弹体过载信号特性与处理技术研究进展

侵彻弹体过载信号是反映侵彻物理过程的关键信号,可分为刚体减速度、弹体结构响应、连接结构响应和传感器噪声4种成分。介绍了4种成分的来源和各自特点,讨论了弹体结构响应和传感器相关信号各自的建模和评估方法。整理了针对过载信号进行分析处理的若干方法,比较了各种方法的精确性、自适应性、实时性和适用范围。对于过载信号处理实时性需求、重构手段、刚体减速度在复杂侵彻环境下的形式以及高速侵彻对过载信号分析处理带来的挑战展开了讨论。针对侵彻弹体过载信号研究现状,总结了存在的问题以及未来可能的研究方向。