脆性材料静态抗侵彻阻力简化计算模型与对比研究

为研究脆性材料的静态抗侵彻阻力,将Griffith双轴屈服准则作为该类材料的屈服判据,结合脆性材料的破坏特点,将其简化为弹性-裂纹-破碎响应.利用统一形式的静态空腔膨胀理论,得到了脆性材料的静态抗侵彻阻力.与现有文献的计算模型进行对比,结果表明该模型较适用于混凝土材料,并明确了各阻力模型的适用范围.

卵形弹体侵彻混凝土开坑区侵彻阻力计算

为了研究弹体开坑过程中,弹头表面应力的表达形式,采用高速摄影仪记录弹体在开坑区的位移和时间关系,得到卵形弹体在开坑区的速度和侵深关系。采用最小二乘法对开坑区结束时消耗的弹体动能和侵深关系进行分析,提出开坑过程中弹头表面的应力形式。计算结果表明,该应力形式能较好地描述高速条件下开坑区的侵深和速度关系。

刚性弹侵彻深度和阻力的比较分析

根据刚性弹侵彻动力学的量纲一侵彻深度公式,分析了刚性弹侵彻过程中弹丸所受的靶板阻力,并从冲量角度讨论了常阻力假设适用的撞击速度阈值vc,得出统一的表达式,求出了针对不同弹靶系统的相应vc值。根据相关数值模拟结果,进一步验证了所求vc值的正确性,同时也检验了不同侵彻深度公式的适用范围。

12.7 mm穿燃弹侵彻603装甲钢行为研究

通过弹道枪开展12.7 mm穿燃弹以不同速度垂直侵彻603装甲钢半无限厚靶板的弹道试验,并结合数值仿真计算对侵彻深度、侵彻阻力等进行研究。结果表明:侵彻过程中弹芯为主要侵彻元,表现为刚性侵彻,背甲对侵彻深度的影响可忽略。不同着靶速度的弹芯侵彻阻力随位移的变化规律基本一致,可分为弹芯飞行摩擦阻力阶段、弹芯头部进入靶板阶段、弹芯头部完全进入靶板阶段。通过刚性弹侵彻半无限厚靶板,结合空腔膨胀理论模型对尖卵形弹头进行等效简化,建立了尖卵形刚性弹芯侵彻深度预测公式。根据量纲分析拟合得到了无量纲侵彻深度和无量纲动能的关系式。

钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究进展

钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究可为钻地武器有效发挥毁伤作用以及钢筋混凝土结构有效承担防护功能提供必要支撑。从实验研究、经验和半经验公式、理论建模以及数值模拟等方面系统地综述该领域的国内外研究进展;总结素混凝土与钢筋混凝土靶对比侵彻实验和钢筋混凝土靶非正侵彻实验中典型的实验现象,整理用于计算钢筋混凝土靶侵彻深度、贯穿剩余速度等参量的经验和半经验公式,归纳空腔膨胀、等效分层、考虑钢筋直接碰撞作用等主要的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿理论研究成果,梳理不同数值算法、建模方式、材料模型等条件下有代表性的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿数值模拟工作,评述研究现状,并重点对实验和理论模型等部分进行讨论与分析,对研究发展方向进行力所能及的展望。

高速破片侵彻防护液舱试验研究

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中的侵彻特性,针对3.3 g立方体破片进行了水下弹道试验,结果表明:破片的侵彻阻力系数受形状的影响较大,撞击隔板时产生压缩波使破片产生墩粗和侵蚀,造成破片迎流面积的增加和质量的下降,从而使破片在速度较高时侵彻深度反而下降。

高速破片入水镦粗变形及侵彻特性有限元分析

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中侵彻的阻力特性,采用有限元对典型高速破片入水侵彻过程进行了模拟,计算了破片侵彻的阻力系数,分析了破片墩粗变形规律及其对侵彻阻力的影响,提出了考虑墩粗变形影响的高速破片侵彻阻力及速度计算公式,指出了高速破片的侵彻能力随速度的变化规律。结果表明,初速度大于969～1 187 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,入水侵彻深度随初始弹速的增大而增大,当破片速度达到某一临界值以后,侵彻深度将随初始入射速度的增大而逐渐减小。

正六边形钢管约束混凝土靶边长对抗侵彻性能影响的试验研究

钢管约束混凝土在防护结构中具有广阔的应用前景。正六边形钢管约束混凝土靶具有优良的抗侵彻性能,其抗单发和多发打击性能明显优于半无限混凝土靶。为了研究钢管边长对抗侵彻性能的影响,进行了12. 7 mm钨芯穿甲弹(撞击速度600～836 m/s)侵彻不同边长正六边形钢管约束混凝土靶试验,得到了靶的破坏模式和主要损伤参数。结果表明:钢管边长对侵彻深度和侵彻阻力有较明显的影响,边长越小,侵彻深度越小,侵彻阻力越大;撞击速度约600m/s、钢管边长由66 mm减小到55 mm时,侵彻深度可减小约19%,侵彻阻力增大约17%;正六边形钢管约束混凝土靶的侵彻深度随着撞击速度的增大近似线性增加。

基于高速摄影的水下爆炸破片侵彻特性试验

为研究水下爆炸产生高速破片的侵彻特性,采用高速摄影技术对2种典型破片的侵彻过程进行了弹道试验.试验结果表明：冲击和空泡阶段破片侵彻深度随时间迅速增加,拖曳阶段增速逐渐放缓;而在这2个阶段速度衰减很快,到后期低速阶段速度衰减放缓,且其侵彻特性与质量密切相关.冲击和空泡阶段的实际侵彻深度为40 ～ 60 cm,这一深度仅相当于破片最终静止时侵深的40％左右,而这一过程却耗散了破片95％以上的初始动能.拖曳阶段破片虽然能在液舱中行进较远的距离,但液舱吸收的破片动能较少.

层压复合材料靶板的准静态侵彻性能研究

利用MTS测试系统对层压复合材料靶板的准静态侵彻性能进行了试验。考察了Twaron、PVA(TS)、PVA(TP)3种靶板的靶板阻力和穿孔能量与靶板厚度或面密度的关系;对不同厚度层压板构成的靶板组合体的测试结果表明:靶板中分层的存在,将降低靶板的最大侵彻阻力和能量吸收能力,预置分层的靶板结果却有所不同,主要原因是由于两者对侵彻的响应行为有很大差异;试样的尺寸对准静态侵彻过程中能量的吸收有着很大的影响,证实了靶板的整体响应是能量吸收的重要途径。

多边形钢管约束混凝土靶抗侵彻性能试验研究

钢管约束混凝土的抗侵彻性能优于普通混凝土。为了研究钢管形状对抗侵彻性能的影响,进行了12.7mm硬芯枪弹(撞击速度600~830 m/s)侵彻正六边形、正方形和圆形钢管约束混凝土靶试验,得到了靶的破坏模式和主要损伤参数。结果表明:正六边形钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能优于圆形和正方形钢管约束混凝土靶,含钢率为9.75%时,正六边形靶与圆形靶相比,侵彻深度可减小约11%,侵彻阻力增大约11%;多边形(正六边形和正方形)钢管约束混凝土靶的破坏模式与圆形钢管约束混凝土靶有所不同,其漏斗坑表面裂纹主要分布在对角线附近,核心混凝土侧面裂纹多而细,但无明显主裂纹;多边形钢管约束混凝土靶的侵彻深度随撞击速度近似线性增大,且偏心率小于0.35时,弹着点偏心距对侵彻深度的影响较小。

锥形弹体侵彻过载分析

为研究锥形弹体侵彻过程中的过载特性,在新的侵彻近区速度场基础上,得到了锥形弹体侵彻过程中受到的阻力表达式,以及推广到多层介质中的阻力表达式。利用运动微方程建立了弹体在单层与多层介质中侵彻的过载计算方法,并将计算结果与国内外实验数据进行了对比。锥形弹体侵彻多层介质的过载时程曲线表明,过载的大小及其下降速率与侵彻速度和靶体强度有关。弹体以残余速度侵入下层介质时,若此层介质的强度大于前一层介质时,则会再次出现一个过载峰值。

基于微元法的侵彻体弹头摩擦升温计算方法

针对目前侵彻体侵彻目标靶摩擦升温计算简化为稳态过程、弹头摩擦力及法向力按均值处理,导致计算结果精度不高的问题,提出基于微元法的侵彻体弹头摩擦升温计算方法。该方法在微元法的基础上构建了侵彻体轴向阻力摩擦力热量温度的函数式,通过设定的侵彻体初速度、靶体密度、导热系数等物理参数获得侵彻体头部的温升曲线。计算结果表明,基于微元法的侵彻体弹头摩擦升温计算结果与ANSYS/LS-DYNA仿真结果吻合性较好,更适合用于侵彻体弹头摩擦升温理论计算。

12.7 mm穿燃弹对半无限厚45钢的侵彻行为

针对刚性卵形短杆弹对半无限厚钢靶的侵彻行为,利用12.7 mm弹道枪进行不同着靶速度下12.7 mm穿燃弹正侵彻45钢的弹道试验,并结合数值模拟对侵彻过程中的弹丸侵彻行为进行分析。结果表明:12.7 mm穿燃弹对45钢的临界开坑速度为75 m/s,在弹速范围内弹芯表现出刚性侵彻行为,不同着靶速度下弹芯的侵彻阻力上升趋势基本一致,当着靶速度大于400 m/s时,在开坑结束后会出现常阻力阶段,直至侵彻结束。同时,制式弹对45钢的侵彻深度与着靶动能呈线性正比关系,通过拟合得到了无量纲侵彻深度与无量纲动能的关系式。

表面驻留对陶瓷复合结构抗侵彻特性影响

子弹在陶瓷表面的驻留现象对于装甲防护结构设计具有重要意义。开展陶瓷复合结构抗侵彻特性试验和数值模拟研究,分析侵彻作用过程中弹靶失效破坏、子弹驻留时间及耗能特征,探讨子弹速度、头部形状及背板厚度对驻留效应及复合靶抗侵彻特性的影响规律。研究结果表明:尖头弹中低速侵彻陶瓷复合结构时,子弹头部将在陶瓷表面完全侵蚀,同时耗散大量能量;随着子弹速度的增加,驻留时间减短,子弹动能耗散百分比越低,子弹速度为600 m/s时驻留期间动能耗散百分比可达90%;随着尖头弹锥角增加,驻留时间及驻留期间动能耗散百分比呈先增加后减小趋势,在半锥角取45°时驻留期间能量耗散百分比最大可达80%;随着背板厚度的降低,子弹驻留时间及驻留期间动能耗散降低幅度并不明显。

弹体侵入岩体的一种工程计算方法

常规深钻地武器的迅猛发展给防护工程设计带来了新的挑战 ,需要一种更加合理的弹性侵入岩体的工程计算方法。根据工程岩体分类系统建议岩体的强度理论模型 ,利用空腔膨胀理论计算弹头侵入岩体时的侵彻阻力 ,根据牛顿定律确定弹体侵入岩体时的运动方程 ,提出了弹体侵入岩体的工程计算方法 ,并对该算法进行了验证和讨论 ,验算结果与试验数据相吻合。同时 ,由于引用了岩体构造特征参数 。

金属靶体材料动力硬度测试及动态阻力分析

以高速侵彻下45钢靶体侵彻阻力为研究对象,开展了弹体高速侵彻45钢靶体试验,获取了典型弹体对45钢靶体的成坑参数。基于高速侵彻阻力模型对靶体侵彻阻力及影响因素进行分析。结合流体动力学侵彻模型对不同弹体材料侵彻45钢靶体侵彻深度规律进行研究。研究结果表明:随着撞击速度的增大,45钢的靶体阻力从5.13 GPa减小到3.7 GPa;基于材料动力硬度测试方法的靶体动态阻力测试结果和理论计算结果吻合较好;随着靶体动态屈服强度的增大,靶体阻力呈线性增大的趋势;侵彻深度及靶体动态阻力理论计算结果和试验数据吻合较好,说明所提动态阻力确定方法可行,可为高速侵彻动力学研究提供参考。

弹体侵彻混凝土开坑阶段阻力的计算

为了研究弹体侵彻开坑过程中弹头表面阻力,采用应力波表层损伤理论分析了混凝土开坑区的侵彻特性,并在应力波反射形成层裂的基础上解释了靶面成坑机理,建立了计算开坑区弹头表面阻力的新模型,通过数值仿真和实验方法对新模型进行验证。结果表明:数值模拟和实验与新模型的计算结果吻合较好,开坑过程中弹体表面阻力与速度和弹体头部形状有关。新模型能够较好地描述开坑深度与速度的关系,适用于弹体侵彻混凝土靶的阻力计算,克服了Forrestal半经验法的不足。

蜂窝钢管约束混凝土靶抗多发打击试验研究

混凝土广泛应用于防护结构,对混凝土施加约束可以有效改善其脆性,从而提高其抗弹性能。钢管约束混凝土抗侵彻性能优良,在防护结构中具有广阔的应用前景。为了研究蜂窝钢管约束混凝土的抗侵彻性能,推进钢管约束混凝土的工程应用,进行了蜂窝钢管约束混凝土靶(STCC)和半无限靶抗12.7 mm穿甲弹多发打击对比试验,得到了靶体损伤模式,测量了漏斗坑的体积与深度等损伤参数,计算了蜂窝钢管约束混凝土靶等效侵彻阻力,分析了先发打击对后发打击的影响。结果表明:蜂窝钢管可将弹丸侵彻产生的混凝土损伤限制在被打击单元内,其核心混凝土的损伤模式为“漏斗坑+侵彻隧道+侧面裂纹”;与半无限混凝土靶相比,蜂窝钢管约束混凝土靶抗4发打击的侵彻深度(DOP)可减小约18%,抗6发打击的漏斗坑体积与深度分别可减小约78%和55%,其抗多发打击性能明显优于半无限混凝土靶。

尖头刚性弹贯穿金属厚靶的终点弹道性能研究

根据侵彻阻力的一般表达式,文中引入阻尼函数ξ对尖头刚性弹垂直贯穿金属厚靶问题进行研究,给出了由四个无量纲物理量,也即撞击函数I、弹头形状函数N、阻尼函数ξ和无量纲靶厚χ表示的终点弹道性能表达式。结合公开发表的穿甲实验数据,将相关分析与不计阻尼函数ξ情形的异同进行了比较,分析结果与实验数据相符。