混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性评估

为研究混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性,采用试验与数值模拟相结合的方法对混凝土墩体在杆式射流(jetting projectile charge,JPC)和爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)两种聚能侵彻体作用下的易损性进行了评估。结果表明:当聚能侵彻体打击混凝土墩体顶面或侧面时,会形成近似圆形或带缺口的近似椭圆形的毁伤区域,打击位置越靠近毁伤区域中心,墩体毁伤越严重;聚能侵彻体垂直打击墩体顶面或沿水平方向打击墩体侧面时,毁伤区域的中心分别与墩体顶面中心和侧面的几何中心重合;斜上方打击墩体侧面时,JPC和EFP对应的毁伤区域中心分别下移约27.8 cm和28.2 cm;斜下方打击墩体侧面时毁伤区域中心分别上移约26.5 cm和28.7 cm;沿水平方向打击墩体侧面时,更易使墩体出现重度毁伤;相同打击条件下,JPC对混凝土墩体的毁伤效果优于同口径装药的EFP。

包覆式复合侵彻体的数值模拟研究

为增强聚能装药对目标的后效毁伤效应,设计了一种包覆式复合侵彻体装药结构,在爆轰波的驱动下,紫铜药型罩后翻包覆活性材料,穿透目标后,活性材料释能对目标内部实施纵火后效毁伤。运用LS-DYNA有限元软件对包覆式复合侵彻体的成型及侵彻靶板过程进行模拟,分析了活性罩直径、外曲率半径和罩顶厚度比对包覆式复合侵彻体成型的影响。结果表明:将活性材料嵌入紫铜药型罩内侧,在炸药驱动下可以实现对活性材料的包覆;当活性罩直径取值为0.86 D(D为装药直径)时,外曲率半径取值为1.15D,壁厚比取值为2/3时,复合侵彻体包覆效果较好;包覆式复合侵彻体能穿透30 mm厚45#钢靶,并能对后效靶造成毁伤。

高速侵彻体冲击作用下钢筋混凝土响应特性浅析

钢筋混凝土作为主要的结构材料被广泛应用于建筑工程领域特别是防护工程领域,如何有效侵彻钢筋混凝土以及钢筋混凝土高效抗侵彻问题,是侵彻体设计与研制、防护工程结构设计高度关注的问题。通过对混凝土的力学性能、钢筋的力学性能以及钢筋混凝土靶中钢筋的阻裂作用等进行分析,探究总结出高速侵彻体冲击作用下,低抗压强度等级的混凝土的延性反而比高抗压强度等级的混凝土要好、高速侵彻体冲击作用下钢筋混凝土中的钢筋拉伸破坏的四阶段特征明显且钢筋能够减少混凝土微裂纹预存和抑止裂纹的扩展,该研究成果可以为高速侵彻体冲击作用钢筋混凝土机理分析研究提供理论和工程实践参考。

聚能侵彻体作用下钢-CFRP层合板的防护性能

碳纤维增强复合材料(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)具有优越的抗侵彻性能,正逐渐应用于舰船抗爆抗冲击防护设计。为了研究钢-CFRP层合板在聚能侵彻体作用下的防护性能,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立聚能装药空中爆炸对钢-CFRP层合板破坏的数值模型,探究聚能装药的空中爆炸载荷特性及其对钢-CFRP层合板的毁伤机理。采用等面密度方法,设计了CFRP作为面板、背板和夹芯层时多种钢-CFRP层合板形式,通过侵彻后侵彻体头部降速以及层合板破口大小,讨论了CFRP敷设位置对层合板防护效果的影响,给出了较优的敷设形式。在此基础上,对层合板的厚度进行优化。结果表明:CFRP-钢-CFRP夹芯结构在聚能侵彻体作用下的防护效果最佳,较佳的厚度比为4.0∶1.4∶4.0。

靶板厚度对横向效应增强型侵彻体作用效果的影响

为了分析靶厚对横向效应增强型侵彻体(PELE)作用效果的影响,采用改变靶板厚度的方法,对PELE以固定速度垂直撞击靶板进行了数值仿真和实验验证。结果表明:随着靶板厚度的增加,穿过靶板弹体的轴向剩余速度呈缓慢下降趋势,破片径向速度呈先增大后减小的趋势;当靶板厚度增大到一定程度时,弹丸的能量大部分耗散在穿甲过程中,横向效应显著减弱。对某一既定的弹靶系统而言,存在最利于PELE发挥横向效应的靶板厚度。

环形多点起爆精度对聚能杆式侵彻体成型的影响

针对环形多点起爆网络在多模成型装药上的应用问题,利用LS-DYNA程序,通过改变延迟时间和延迟点数,研究了6点起爆网络起爆同步精度对形成侵彻体的速度、长径比等参数的影响规律,并找出了引起侵彻体弯曲变形的主要原因——横向速度梯度的变化规律,得到了延迟时间在200ns以内可使形成的侵彻体不发生弯曲变形,成型参数基本不变。进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。

起爆方式对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲、混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。它不同于射流和爆炸成形弹丸 (EFP) ,其头部速度达 30 0 0～ 5 0 0 0m/s.对炸高没有射流那么敏感 ,破孔大 ,穿深大大高于EFP。本文就起爆方式对杆式侵彻体成型的影响进行研究 ,通过理论分析得到了不同起爆方式对杆式侵彻体的头部速度和长径比的影响关系 。

异型侵彻体垂直侵彻半无限靶板试验研究

针对速度为1．4～1．9km／s，长径比为20，在相同的质量和横截面积条件下，3种截面形状（三角形、四边形及圆形截面）的长杆体，对其垂直侵彻半无限靶板特性进行了试验研究．研究表明：在此速度范围区间，3种截面形状杆体的侵彻深度随速度变化趋势相同，但当着靶速度高于1．7km／s时，三角形截面杆的侵彻性能最好，四边形次之，圆形截面杆最差．

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。本文就药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响进行研究,根据射流形成理论分析得到了射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角之间的关系,并采用观察不同锥角的药型罩结构所形成的侵彻体,在远距离飞行下的断裂情况,来验证射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角的关系,实验结果表明射流微元头尾速度比随着压垮角的增大而增大,与理论分析吻合。

杆式侵彻体冲击起爆反应装甲影响因素研究

该文对杆式侵彻体冲击起爆反应装甲进行了试验研究 ,分析侵彻体对夹层炸药的盖板、面板的分层侵彻机理 ,在Held准则基础上 ,提出了与杆式侵彻体的密度、长度、直径、速度因素有关的冲击起爆反应装甲的关系式。该关系式对于研究对付反应装甲的动能弹具有指导意义 。

动能侵彻体垂直侵彻半无限厚混凝土靶的试验研究

分析了国内外对混凝土侵彻机理、试验和仿真的研究情况,提出了一种大长径比动能侵彻体侵彻混凝土的模拟试验方法,通过侵彻速度为300m/s～600m/s的57mm动能侵彻弹对半无限厚靶的垂直侵彻试验,得到了最大侵彻深度、着靶姿态等试验参数。由侵彻混凝土的经验公式得到的最大侵彻深度数据与试验数据基本吻合,试验数据为反深层工事的毁伤机理和数字仿真研究提供依据,同时通过毁伤效应的试验研究,为找到一条高效毁伤典型深层工事的方法提供条件。

弹体结构对横向增强型侵彻体作用效果的影响

横向效应增强型侵彻体(PELE)的作用原理基于内芯和外层弹体使用密度不同的材料这一物理效应,因而弹体结构可能对作用效果产生重要影响。采用改变内外径比(I/O)和长径比(L/D)的方法,利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA,对PELE以固定速度垂直撞击靶板进行了数值仿真研究。基于仿真结果,分析了弹丸的内外径比和长径比对横向效应的影响。内外径比取0.5～0.7、长径比取3～5时,PELE既能轻易地穿透靶板,使弹杆轴向速度降低不多,又能产生大量具有较高横向速度的破片,有效地发挥作用。

一种形成尾翼型聚能侵彻体新方法的实验研究

尾翼可以提高聚能侵彻体的飞行稳定性,如何形成有一定规律性的尾翼在聚能侵彻体的研究中具有重要意义。在药型罩上粘附隔板,利用隔板改变爆轰波波阵面的结构形状,使药型罩上的爆轰压力发生规律变化,从而发生规律性的变形,最终形成带有尾翼的聚能侵彻体,这是一种新的形成尾翼的方法。从药型罩微元压垮速度变化和药型罩表面爆轰压力变化的角度出发,对新方法形成尾翼的机理进行了初步探讨。通过合理设计隔板的几何尺寸对该方法形成尾翼型聚能侵彻体进行试验,试验回收到了带有尾翼的聚能侵彻体,说明新方法形成尾翼具有一定的可行性。

单锥罩成型装药环起爆对侵彻体形成的影响研究

采用LS-DYNA数值仿真软件,研究了单锥罩成型装药在典型的正向和逆向环起爆下,药型罩锥角、壁厚、壁厚差等结构参数对侵彻体形成的影响。仿真结果表明:当锥角小于120°时,逆向和正向环起爆均可获得高速金属射流;锥角大于135°时,正向起爆可形成杆式射流。仿真结果与试验结果吻合较好。

旋转对爆炸成型杆式侵彻体毁伤威力的影响

为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,结合数值模拟方法,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。基于复合装药的爆轰加载控制方式,使得药型罩成型为密实的杆式侵彻体,通过调整半预制药型罩的斜置角度,对毁伤元的旋转速度施加控制,进而提高其空中飞行姿态的稳定性,提高毁伤元的毁伤威力。对不同斜置角度的战斗部原理样机进行了静爆实验,实验结果与模拟结果的对比表明,半预制药型罩斜置角度为1.5°时,爆炸成型杆式侵彻体的着靶姿态最好,对45钢靶板侵彻深度最大。通过药型罩斜置,在保证杆式侵彻体成型质量的同时,可以有效提高侵彻体的侵彻威力。

船尾装药结构对侵彻体性能影响的仿真研究

为获得船尾装药结构对侵彻体性能的影响规律,该文运用LS-DYNA仿真软件计算了船尾装药结构形成侵彻体的过程;采用中心点和环形多点同时起爆的方式,通过改变船尾结构参数对比分析了侵彻体性能变化规律,得出船尾装药半径和倾角对侵彻体性能参数的影响规律,定量提出了船尾装药结构的基本设计原则。研究表明,船尾装药的设计优于一般装药结构;船尾半径及倾角设计存在最优值,最佳船尾半径约为装药半径的40%,最佳倾角约为45°。

飞片起爆条件下聚能杆式侵彻体成型数值模拟

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。要获得比较理想的聚能杆式侵彻体,其设计的关键是药型罩材料、药型罩几何结构和爆轰波波形控制等。采用VESF起爆系统来控制爆轰波波形,通过调节VESF起爆系统参数,计算聚能杆式侵彻体成型,计算结果表明,采用VESF起爆系统能杆式侵彻体头部速度提高了21.7%,与实验结果相比,侵彻体头部速度误差为4.1%,侵彻体尾部速度误差为8.1%左右,形成的侵彻体形态相同,实验结果与数值计算基本一致。

横向效应增强型侵彻体撞击金属薄板理论模型

为了分析影响横向效应增强型侵彻体(PELE)弹壳体横向速度的因素,该文建立了其横向速度的理论分析模型。该模型基于动能定理和动量定理,考虑了PELE弹对金属薄板灵敏度的要求,结合了PELE弹作用原理及其对金属薄板的作用特点。综合考虑了装填材料及靶板材料的声阻抗、弹体的密度和泊松比、靶板密度及厚度、着靶速度、弹丸壳体的内外径比和长径比因素。结合实战用PELE弹的结构、靶板条件和速度范围,利用LS-DYNA软件进行了三维数值仿真。研究结果发现:PELE弹在壳体自身和装填材料的共同作用下,壳体的横向速度随着弹丸着靶速度和装填材料声阻抗的增大而增大,其理论分析模型计算结果与仿真结果一致性较好。

管-杆伸出式侵彻体的威力研究

为了探求管-杆伸出式侵彻体的威力增益规律,在相应侵彻试验的基础上,利用LS-DYNA3D建立了管-杆伸出式侵彻体垂直侵彻和60°着角斜侵彻的数值模拟模型,并与基准杆的侵彻情况进行了对比分析。结果表明,管-杆伸出式侵彻体与基准杆相比,垂直侵彻与着角60°的斜侵彻均有9%以上侵彻的增益,着速大于1 600m/s时增益随着速的增长而增长,且斜侵彻时的增益同比大于垂直时的增益,斜侵彻最大增益达19.5%。

一种杆式多爆炸成型侵彻体战斗部

为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。结合数值模拟方法,对侵彻体的成型过程及飞散效果进行模拟,分析了外衬对侵彻体成型质量的影响,并设计出侵彻体结构密实的杆式MEFP战斗部。制备了有外衬和无外衬两种战斗部原理样机并进行静爆实验。实验结果表明,无外衬战斗部成型侵彻体对3m处40mm厚45钢板平均穿深为27mm,有外衬战斗部成型侵彻体可贯穿3m处40mm厚45钢板;侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果一致。通过设计外衬结构,战斗部成型侵彻体的成型质量和侵彻威力都大幅度提高。