高速动能弹撞击装甲结构引起的螺栓连接失效及部件过载损伤研究

目的 验证和揭示高速动能弹对装甲结构的损伤机理。方法 聚焦高速动能弹打击装甲目标时,弹道冲击造成的靶标结构连接失效及部件过载损伤这2种损伤效应,以典型螺栓连接为研究对象,采用高速球形弹丸撞击螺栓连接结构的小尺寸试验对数值模拟方法和材料模型参数进行校验。在此基础上,采用数值模拟和冲击响应谱分析方法对高速动能弹打击全尺寸坦克进行模拟分析,获得撞击过程螺栓连接失效特征、主要影响因素及坦克典型位置部件的冲击加速度曲线和冲击响应谱曲线。结果 在小尺寸试验中,动能输入为0.042MJ时,螺栓连接未发生失效;但25.6MJ动能输入全尺寸坦克时,螺栓发生断裂而使连接失效。数值模拟结果揭示了螺栓发生断裂的主要原因。结论 输入动能大小、连接螺栓直径、模拟设备部件质量和撞击位置为螺栓是否断裂的主要影响因素。坦克某些位置的冲击响应谱曲线高于军用标准给出的临界曲线的下限甚至上限,表明这些位置的部件因高过载损伤导致失效的概率较高。

复合型非致命动能弹冲击能量耗散特性数值模拟

非致命动能弹药应用广泛,传统型非致命动能弹常常发生过度伤害的问题,研发新一代兼具安全性和有效性的复合型非致命动能弹很有必要。为了揭示复合型非致命动能弹致伤机理,评估其对人体的冲击损伤,通过数值模拟的方法,比较传统型非致命动能弹与复合型非致命动能弹以相同速度冲击靶标以及复合型非致命动能弹以不同速度冲击靶标所获得的数据,深入分析复合型非致命动能弹冲击能量耗散特性,为我国自主研发新一代非致命动能弹药提供一定参考。

地下防护工程抗超高速长杆动能弹的若干问题

针对超高速长杆动能弹侵彻成坑的尺寸相似问题、成坑与地冲击耦合能量问题以及等效爆炸当量计算方法问题,在前期研究的基础上,厘清了侵彻成坑相似规律,建立了地冲击能量与成坑范围关系,得到了地冲击能量效率与弹体动能、长径比及介质特性关系,提出了超高速动能弹地冲击等效接触爆炸当量及安全防护层厚度计算方法。结果表明,超高速动能弹撞击的破坏区体积存在尺度效应,与弹体半径的四次方成正比;其他条件不变时,地冲击能量效率随弹体质量增大而增大,随弹体长径比和密度增大而减小。

基于量纲分析法的动能弹侵彻深度计算公式

为了克服现有的动能弹侵彻深度经验公式存在的适用条件有限、局限性较大等方面的不足,考虑动能弹侵彻过程与布氏硬度钢球压入过程具有相似的破坏形式,基于能量守恒和转化定律以及动能原理,采用量纲分析法,依托布氏硬度计算公式推导了动能弹侵彻深度计算公式,并提出了侵彻效率和侵彻效率系数的概念。分别选取多组半球形和截卵形弹头动能弹中低速侵彻岩石、金属和混凝土的文献数据,考虑不同类型材料硬度的表征方法,计算侵彻效率系数和侵彻效率,并对侵彻效率与速度的相关性进行了评价。计算结果表明:动能弹侵彻岩石、高强钢、铝合金、混凝土的侵彻效率分别在1.19%~2.27%、1.13%~2.03%、0.71%~4.77%和4.49%~13.0%范围内;通过数据拟合,发现同一种类型动能弹侵彻效率与弹丸速度有较好的相关性,大部分可决系数都超过0.74;使用不同规格弹丸侵彻相同靶体材料时,侵彻效率与速度拟合关系的系数离散性都很小,岩石、高强钢、铝合金、混凝土的变异系数分别为0.07、0.23、0.16、0.19;计算结果说明推导出的动能弹侵彻深度计算公式合理可靠。

动能弹侵彻土壤混凝土复合介质的试验研究

采用火炮发射动能弹直接撞击土壤混凝土复合靶 ,通过观测试验后的弹靶状态 ,回放弹载加速度存储仪 ,获得弹丸在侵彻过程中的加速度曲线 .分析了弹丸对土壤及混凝土复合介质的侵彻规律 。

动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律。模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致。对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致。随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小。比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显。

高速动能弹侵彻钢板加速度测试技术研究

通过理论分析、计算机模拟,研究了弹体高速侵彻钢板时,弹体中应力波的传播规律,以及弹载测试仪器在引力波作用下的失效机理;研究了外部缓冲理论,包括缓冲材料选择、缓冲器件设计等。采用文中的研究结论,对高g值下的弹载测试仪器进行了抗高冲击设计,并进行了多次现场实验的验证。通过试验可以看出,利用不同密度、不同孔径的缓冲材料对电路模块可以进行有效地保护,极大地提高了弹体高速侵彻硬目标过程中的数据捕获率。

动能弹侵彻陶瓷与均质钢板的等效关系

将各种新型装甲的防护水平用轧制均质装甲的厚度来表示 ,能给出一个较直观的标准和一种较为方便的试验手段 .该文建立了动能弹侵彻陶瓷和均质钢板的剩余侵彻计算模型 ,运用剩余穿深相等的原则建立了动能弹侵彻陶瓷厚度与侵彻均质钢板厚度的等效关系 。

高速碰撞中攻角对动能弹侵彻多层间隔靶能力的影响

为了能清楚地了解攻角对动能弹侵彻多层间隔靶能力的影响 ,采用LS DYNA3D动力有限元软件对有攻角条件下动能弹侵彻多层间隔靶进行了数值模拟研究 ,其模拟结果与实验结果的一致性较好 .研究表明 ,攻角对动能弹侵彻多层间隔靶的能力有一定影响 ,弹丸的侵彻能力随着攻角的增大而逐渐减小 ,速度越高这种变化趋势就越明显 ,但在攻角较小的情况下 。

动能弹穿甲过程有限元分析

利用显式动力有限元程序LS -DYNA模拟了半无限厚度的装甲钢在底推式 10 5模拟穿甲弹作用下的穿甲过程 ,得到的装甲钢的穿深结果与试验数据符合得较好 ,表明这种方法具有计算三维高速碰撞问题的能力。

小攻角条件下动能弹体高速侵彻混凝土靶的弹体弯曲

将高速侵彻混凝土靶板的弹体简化为自由梁,应用弹体侵彻阻力和梁动态弯曲内力分析了由小攻角产生的横向载荷导致的弹体弯曲。结果表明,弹体理论弯曲条件受弹体着靶前状态、弹体结构和材料控制。理论计算证实弹体高速侵彻混凝土靶板时由于小攻角的存在会发生弹体弯曲变形,弹体侵彻实验结果表明弹体弯曲位置和弯曲条件与理论分析结果相符。

基于LEFP拦截高速动能弹的建模及仿真

提出采用一种新型高效战斗部LEFP来拦截高速动能弹,并介绍其工作原理及过程、建立拦截模型和分析受随机因素干扰的观测值。运用MATLAB对模型进行了仿真和分析,通过蒙特卡洛法将随机抽样的误差值加入标准量得到观测值,再利用最小二乘法进行拟合,计算LEFP发射时刻以及拦截概率。通过相关参数配置,分析各随机误差对拦截概率的影响,并对比了未经修正数据计算出的拦截概率。结果证明了此拦截模型建立的可行性、正确性与有效性。为研制和使用LEFP拦截高速动能弹的新型主动防护系统提供技术支持和理论参考。

动能弹对装甲目标毁伤评估的等效靶模型

该文讨论了对特定弹靶系统毁伤作用的等效问题。根据动能弹对装甲目标作用的毁伤破坏机理 ,提出了这一特定弹靶系统中装甲目标等效靶的建立方法。结合钨合金长杆弹毁伤某型坦克目标 ,讨论了如何利用等效靶模型进行目标毁伤评估。结果表明 ,运用等效方法进行目标毁伤评估是可行的。该文对进一步研究目标毁伤等效靶及等效模拟靶的建立问题具有借鉴意义。

动能弹侵彻钢筋混凝土靶的试验研究

利用火炮发射动能弹,对钢筋混凝土靶进行正侵彻和斜侵彻试验。通过回放弹载加速度存储仪,得到侵彻过程中的加速度曲线。观测试验后的弹靶状态,分析了动能弹对混凝土靶的正侵彻、斜侵彻的侵彻特性,为反深层坚固目标战斗部和防护工程设计提供了参考。

PELE与动能弹侵彻有限厚混凝土靶比较研究

随着混凝土目标的大量涌现,弹体对混凝土靶的侵彻得到越来越多的研究和关注。运用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析讨论PELE和动能弹以一定的初始速率垂直侵彻混凝土靶的动态过程,并将二者进行比较。结果表明,质量和口径相同的PELE和动能弹以相同的速度垂直贯穿混凝土靶后,PELE形成穿孔的直径明显大于动能弹,而动能弹的剩余能量明显多于PELE。此外,对特定的弹靶系统,要达成最大的穿孔直径,存在最佳的着速范围。

动能弹垂直侵彻混凝土相似律的数值模拟研究

基于相似理论,文中分析了动能弹丸对混凝土进行侵彻的相似参数,建立了动能弹侵彻混凝土靶板的相似关系,选用不同模拟比的模型弹建立数值仿真模型,应用显式有限元程序LS-DYNA对所建立的模型进行了数值模拟。模拟结果表明模型弹和原型弹对混凝土的侵彻满足侵彻相似律。

预扭转钨合金动能弹提高穿甲侵彻威力机理分析

在力学性能和细观结构分析的基础上，提出了预扭转和未扭转钨合金材料在冲击条件下的变形和破坏机理。机理分析表明，预扭转后的钨合金弹体在同靶撞击过程中很容易形成由于绝热剪切失稳引起的破坏，从而使得弹体头部形成的“蘑菇头”面积小，弹体运动阻力小，因而具有更强的威力。并且存在一最佳扭转角，此时弹体具有最强的穿甲威力。穿甲实验结果证明了这一机理分析的正确性。

动能弹侵彻机理及其防护研究进展

动能弹是一种打击地下深层战略目标的重要武器装备,研究其侵彻机理及防护技术意义重大。综述了近年来动能弹侵彻机理的相关研究进展,指出国内外动能弹侵彻机理的实验研究多集中在v<1 300 m/s的中低速范围内,经验公式多考虑弹体为刚性弹或变形非消蚀弹,相关的理论模型和数值模拟研究已初成体系,而动能弹高速/超高速侵彻技术的研究仍处于起步阶段,其破坏机制尚不清晰;从增大遮弹层强度、优化遮弹层结构和设计偏航层3个方面总结了新型抗侵彻防护技术的研究成果;对未来的研究工作提出了建议。

动能弹高速侵彻钢筋混凝土靶时弹丸头部质量侵蚀微观机理

动能弹在高速侵彻混凝土过程中会发生明显的质量侵蚀现象,并因此严重影响其侵彻性能。为进一步研究弹体在侵彻过程中发生侵蚀现象的内在机理,开展多组弹体高速侵彻钢筋混凝土靶的侵彻实验。采取线切割技术方法,用回收的剩余弹体头部制备微观观测实验试样。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对剩余弹体表面多个观测点的微观形貌进行系统观测。结果表明:剩余弹体表面存在一层明显的热影响区;弹体表面材料存在大量相互平行的长距离犁沟;在弹体尖端观测到少量微裂纹,对弹体尖端的质量损失有一定贡献但影响范围有限;弹体侵蚀现象并非单一机制造成,而是一个多机制共同作用、相互影响的复杂过程。

动能弹对有限厚土壤介质靶侵彻的数值仿真

用 AUTODYN 动力学软件对Φ57mm 的动能弹侵彻土壤介质靶作数值仿真研究。进行了动能弹不同速度下对有限厚土壤介质靶的侵彻计算。仿真计算结果与工程计算结果作了比较,验证了数值仿真的有效性。