宽速域条件下卵形弹侵彻规律研究

为了研究卵形弹在宽速域条件下的侵彻威力,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,在不考虑装药冲击响应特性的前提下,对卵形弹侵彻混凝土靶板进行数值模拟,重点研究了在2.0Ma~6.0Ma撞击速度下,弹体材料、曲径比、长径比和质量对侵彻性能的影响。结果表明:随着着靶速度的提升,弹体无量纲侵深均呈现先上升后下降的趋势;同时,相比93钨合金和TA7钛合金材料,弹体材料选用G50合金钢侵彻性能更佳;曲径比在低速侵彻时对无量纲侵深影响显著,在超高速侵彻时影响程度降低,弹体最佳曲径比为3~4;长径比在低速侵彻时与侵深呈正相关,在超高速侵彻时呈负相关,无量纲侵深随长径比的增大而减小,弹体最佳长径比为4~5;质量对侵深影响显著,对无量纲侵深和临界转化速度影响较小;临界转化速度出现在3.5Ma~4Ma。

截卵形弹水平入水的速度衰减及空泡扩展特性

利用轻气炮设备对截卵形弹进行了速度在100~150m/s的水平入水实验,利用高速相机记录了整个入水过程,获取了截卵形弹体在水中运动的速度衰减规律,并对平头弹、卵形弹及截卵形入水弹道稳定性及速度衰减规律进行了对比,对截卵形弹体入水形成的空泡扩展行为进行了理论研究,建立了关于空泡扩展的理论模型,得到了固定位置和固定时间处空泡扩展半径、速度分别与时间和侵彻距离的关系,实验数据与理论计算吻合很好。

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。

基于板厚补偿的921A钢与Q345钢靶板在截卵形弹体侵彻下的等效方法

对于弹体侵彻舰船靶标试验,由于船用特种钢材较为昂贵,试验成本过高,开展普通船用钢材替代船用特种钢材的等效性研究。为确定不同材料靶板之间的等效关系,基于剩余速度相等原则,采用量纲分析及补偿模型的方法,提出基于补偿模型的材料等效工程化设计公式。该公式中等效板厚与原型板厚之比和等效板屈服强度与原型板屈服强度之比要满足幂指数关系,而幂指数系数要通过实验或仿真方法确定。运用有限元分析软件LS-DYNA对截卵形弹体垂直侵彻921A钢和Q345钢均质靶板过程进行数值仿真,结果表明计算结果与实验结果吻合较好,验证了数值仿真方法的正确性。通过对数值仿真计算得到的等效板厚拟合,提出两种材料靶板等效板厚与动态屈服强度之间的经验公式,并验证了补偿模型公式的有效性。为舰船靶标侵彻实验的等效靶设计提供了理论依据和数据参考。

截卵形弹体Taylor撞击的变形特点和冲击载荷特性

以弹体在Taylor撞击实验中产生的冲击载荷以及载荷的潜在应用为主要关注点,采用理论与实验相结合的方法,对截卵形弹的撞击变形特点和冲击载荷特性进行研究。基于经典的平头弹Taylor撞击理论建立截卵形弹体的Taylor撞击分析模型,并对动量冲量守恒方程进行修正,修正后的模型预测结果更接近实际。设计并开展具有相同外径、相同质量的截卵形弹、平头弹的Taylor-Hopkinson撞击实验,对比两种头型弹体在变形模式、撞击载荷等方面的差异,分析产生不同脉冲形状冲击载荷的原因,讨论弹体在撞击过程中经历的整体高g值过载。结果表明:头部形状显著改变了冲击载荷的波形、脉宽特征,撞击速度主要影响冲击载荷的峰值;通过弹体头部形状设计和撞击速度控制能够实现冲击环境特性的调控;研究结果支持了将Taylor撞击实验应用于高g值实验加载的设想。

截卵形弹体侵彻加筋板架结构数值仿真

[目的]基于数值仿真,对弹速范围内加筋板架结构的抗侵彻性能、吸能模式及不同加筋类型对弹体飞行姿态的影响进行研究。[方法]应用有限元软件LS-DYNA对截卵形弹体侵彻加筋板架结构的过程进行数值仿真,并将数值仿真结果与实验结果进行对比,验证数值仿真方法的可靠性。改变弹体的初始速度,分别运用动量法、等效质量法对弹体剩余速度进行预报,比较不同方法在各速度段的适用性,提取加筋板架结构不同区域的变形能,从而分析弹体初速度对加筋板架结构吸能模式的影响。最后改变加强筋的结构,分析着弹点与筋相对位置关系对弹体侵彻姿态的影响。[结果]研究表明,当弹体初速度在300~900 m/s范围内时,对于弹体侵彻加筋板架结构的剩余速度预报,等效质量法相较于动量法准确性更高,加筋板架结构的变形能所占弹体损失能量的比例随弹体初速度的增加而减小,T形筋加筋板架结构对弹道的影响程度大于矩形筋加筋板架结构。[结论]相关计算方法及研究结果对加筋板架结构的抗侵彻研究及工程应用具有一定参考价值。

头部刻槽弹体高速侵彻混凝土实验研究

针对高速侵彻弹体提出了一种全新的花瓣形头部刻槽结构,利用火炮次口径发射实验技术,开展了头部刻槽结构弹体与传统尖卵形头部结构的弹体高速侵彻C80钢混靶侵彻能力的实验研究。结果表明:2种结构弹体以1000 m/s速度正侵彻3 m的C80钢混靶时,花瓣形头部刻槽弹体相比于尖卵形头部弹体具有更高的截面比动能,因此头部刻槽弹体侵彻余速提升4.49%~11.67%;弹体头部刻槽降低了混凝土碎块对弹体头部的摩擦作用力,导致头部刻槽结构弹体质量损失率为2.61%~2.00%,小于尖卵形头部结构弹体的质量损失率3.19%~3.79%。

卵形钢弹对铝合金靶板侵彻问题的数值模拟

基于球形空穴膨胀理论(SCE),采用ABAQUS有限元商业软件并结合其子程序的二次开发功能对钢弹侵彻金属靶进行3D有限元数值模拟。根据空穴膨胀理论,靶体对侵彻弹体的影响可以用一个作用在弹体表面的力函数代替,这样在进行数值模拟时就无须划分靶体网格,也避免了复杂的接触问题,从而使模拟大大简化。模拟所用卵形弹为VAR 4340钢弹,靶体为6061-T6511铝合金。模拟过程中考虑到弹体的可变形性和入射时的微小偏航角等实际情况,并且考虑到了弹身在运动过程中和靶体的接触分离效应。所得模拟结果与文献中的实验结果进行了比较,发现模拟结果与实验结果吻合得很好,并得到了一些有意义的推论。

加筋板架和均质靶板抗截卵形动能弹穿甲数值模拟研究

舰舷结构在高速冲击载荷作用下的穿甲是非常复杂的高度非线性动态响应过程,介绍了穿甲过程中的基本理论和MSC/DYTRAN的数值解法,以舰舷结构为目标,对截卵形弹头贯穿均质靶板和加筋靶板的实验过程中的几个典型工况进行了数值模拟研究,研究结果表明,数值方法模拟穿甲过程是可行的。另外,还研究不同屈服应力和硬化模量的靶板材料、板厚和弹体初速度对弹体剩余速度和靶板能量吸收的影响。

卵形杆弹对铝靶的斜侵彻

在Lagrange有限元基础上,扼要介绍了一种适用于三维斜侵彻数值模拟计算的滑移面处理技术。该方法放弃了传统滑移计算中从单元的设置,而代之以预设从节点,从而避免三维斜侵彻数值计算中主从单元的相交、滑移面的识别、修正与再定义的困难。在确保计算精度的同时,有效地提高了计算效率。卵形杆弹对铝靶侵彻的系列数值模拟计算表明,无论对于正撞击或斜撞击,本文中所获结果与实验结果都有良好的一致性,这说明本文中所述方法和所建程序的合理性和有效性,为侵彻贯穿过程的数值分析提供了一种实用和有效的手段。

卵形杆弹侵彻混凝土靶的有限元数值模拟

介绍了一种适用于侵彻计算的混凝土材料模型,通过所建的有限元程序对杆弹侵彻混凝土靶进行了数值模拟.正侵彻的计算结果和实验结果具有较好的一致性,能够模拟杆弹侵彻混凝土靶的成坑和损伤分布情况;对不同倾角和初速的斜侵彻进行了模拟计算.结果表明,该文方法和所建程序是合理的、有效的,为混凝土侵彻过程的数值分析提供了参考.

岩石和混凝土靶在卵形弹撞击下的侵彻研究

研究了岩石和混凝土靶在刚性卵形弹正撞击下的侵彻性能。基于局部化破坏的假设，改进了Wen半经验公式，认为弹体在侵彻过程中受到的平均阻力不再是一个常数，而是一个与瞬时侵彻速度有关的量。与岩石和混凝土靶的实验侵彻深度比较发现，本文的模型预测结果与实验吻合得很好。

卵形弹撞击厚金属靶的侵彻与贯穿

研究了刚性卵形弹正撞击下金属厚靶的侵彻与贯穿性能。基于局部化破坏的假设,认为弹体在侵彻过程中,弹表面受到的法向阻力由材料弹塑性变形引起的静阻力和与瞬时侵彻速度有关的动阻力两部分组成,是侵彻速度的线性函数。根据弹头长度和靶厚的相对大小,建立了二阶段的靶体侵彻模型和三阶段的靶体贯穿模型。对于固支金属厚靶的贯穿,给出了厚靶贯穿模型的适用范围。比较发现,模型预测和实验数据在侵彻深度、弹道极限和残余速度方面吻合得较好。

攻角对卵形头弹撞击铝合金薄板影响的数值研究

基于Johnson-Cook材料本构和失效准则,利用ABAQUS有限元软件,建立了卵形头弹正撞击2mm厚的2A12铝合金薄板模型。在模型及参数验证的基础上,研究了弹体攻角对弹靶撞击过程、弹体动能变化和靶板变形的影响,其中攻角范围为0°~60°。结果表明:靶板的动能在撞击过程中只有微弱增加,靶板的塑性变形是主要的耗能方式;弹体攻角的增加导致靶板的损伤面积先增大后保持不变,弹孔形状从圆形过渡为"L"形;弹体的剩余动能随弹体攻角的增加而降低,并在攻角大于45°后保持不变;靶板弹道极限随攻角的增加先增加后略有下降,在45°时最大。

考虑残余金属影响的长杆卵形弹重复侵彻效应理论分析

以滑移线理论、冲量定理、柱形空腔膨胀理论为基础，推导出了长杆卵形弹丸对岩石的侵彻计算解析公式。分“后续弹穿透残余金属”、“后续弹推动残余金属”和“后续弹与残余金属弹性碰撞”3种情况考虑了残余金属的影响，最后给出了2次重复打击下弹丸的最终侵彻深度，并指出在弹丸侵彻岩石的研究中必须考虑残余金属的影响。

卵形头弹斜侵彻铝合金双层靶板的轨迹变化规律分析

为提高防护结构的抗撞击性能,利用Abaqus有限元软件,建立卵形头弹对双层间隙式铝合金靶板的正侵彻模型,并借鉴已有文献验证其有效性。为方便后续研究,建立不同间隙的双层靶板撞击模型,研究靶板间隙对弹体能量耗散的影响。基于此,得到不同弹体倾角和靶板安装角的斜侵彻模型,通过对弹体轨迹偏转和剩余速度分析,得到其与倾角和安装角的关系。结果表明:弹体在击穿靶板后都会往靶板法向偏转,但其偏转角度与弹体倾角、靶板安装角以及弹体速度有关;第二层靶板相对于第一层靶板的安装角与弹体初始倾角方向相同能更大程度地提高防护结构的整体性能。

混凝土靶高速侵彻的率相关相似律研究

为更合理设计混凝土靶抗侵彻相似试验,以混凝土材料的粘塑性本构关系为基础,根据相似理论,建立了卵形弹高速侵彻混凝土靶时相似律的一般形式。同时,结合工程计算方法,对其进行深入的分析。结果表明:考虑应变率影响时其几何相似律是不成立的,而且在缩尺比较大时,几何相似律偏离愈加明显,这是因为混凝土的应变率效应使得相似律发生了平移和偏转。通过对计算结果的分析和拟合,得出对原几何相似律进行修正的公式。

基于随机骨料的混凝土模型抗侵彻性能模拟研究

为了更好地研究混凝土靶体抗侵彻的力学性能,基于随机骨料模型,研究了混凝土抗卵形弹侵彻的力学性能。在前人的基础上,根据随机函数,提出随机骨料的生成和投放算法,通过MATLAB软件,生成了混凝土随机骨料模型和基于随机骨料的混凝土侵彻模型。通过软件LSDYNA对侵彻模型的计算分析,结果表明,此模型更加符合实际,与实验误差更小。

刚性卵形头弹撞击角度对编织复合材料层合板侵彻特性的影响

利用一级气炮发射卵形头弹撞击2mm厚度的编织复合材料层合板,撞击角度分别为0°、30°和45°,通过高速相机记录弹靶撞击过程,并获得弹体速度数据。基于拟合公式处理试验数据,计算获取弹道极限,分析撞击角度对弹道极限、靶板能量吸收率及其失效模式的影响规律及机制。结果表明:弹体撞击角度为45°时,靶板弹道极限最高,其次为0°,撞击角度为30°时最小。随着冲击角度增加,层合板损伤形状从菱形逐渐转变为椭球形,损伤面积随冲击速度增加而增大,且45°冲击时层合板损伤面积最大,0°和30°冲击时损伤面积近似相等。弹体初始撞击角度对靶体失效模式存在影响,弹体撞击角度为0°时,纤维断口主要是剪切应力导致的横截面。撞击角度为30°时,纤维断口主要是剪切应力和拉伸应力导致的斜截面。45°斜撞击时,纤维断口主要是拉伸应力导致的横截面。