大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150~190 m/s,入水角度在45°~60°之间,具有3°~7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动;在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0;径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻;正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。

大口径锥头弹体高速倾斜入水偏转规律数值模拟

结合某大口径锥头弹体高速倾斜入水试验,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)流固耦合方法对弹体倾斜入水偏转行为进行数值模拟,研究了弹体以500 m/s高速倾斜入水过程中不同受力模式、载荷变化特征以及弹体发生偏转的力学机理,分析了入水角度对弹体偏转规律的影响。结果表明:在俯仰力矩作用下,弹体均发生抬头方向偏转,且偏转速度呈现先增大后减小的趋势,偏转程度在不同入水角度范围内呈现不同的变化趋势。当入水角度小于15°时,弹体会发生“跳弹”现象;当入水角度为30°~60°时,弹体偏转趋势基本一致,均由初始倾斜状态逐渐转动至水平状态、竖直状态并最终以弹头入水反方向的“出水”姿态向水下运动;当入水角度为75°时,弹体转动至水平状态后,并未继续偏转至竖直状态,弹头以朝斜上方的姿态向水下运动;弹体的入水侵深随入水角度的增大而增大,且增大趋势近似满足指数函数关系。

大口径弹体侵彻过载试验研究

采用250kg半穿甲砂弹内植入过载仪对C40混凝土、RPCI20、块石固结体等靶体进行了侵彻过载测试，获得了过载原始曲线。采用模态和频谱分析得到了弹体频响基频，进行了低通滤波分析。由Forrestal模型及贯穿过载模型分析得到了厚靶和薄靶过载的计算公式，对理论计算结果与测试结果进行了分析比较，得到了大口径弹体过载曲线的基本特征。

基于惯性摩擦焊接的大口径炮弹弹体毛坯制造工艺研究

针对大口径炮弹弹体毛坯采用整体热冲拔工艺生产存在材料利用率低、生产效率低和生产成本高的问题,提出一种分段设计并采用惯性摩擦焊接方法焊接弹体毛坯的新工艺。通过该工艺,可以将弹体毛坯的各个分段分别锻造,使用惯性摩擦焊接方法将各分段焊接得到整体式弹体毛坯。焊后,对焊缝进行了拉伸、冲击、金相和扫描电镜等检测。检测结果显示:焊接区的宽度仅为0.6 mm,且晶粒细化;对焊接头热处理后,焊接区的组织和母材已经同质化,热处理后的焊接头抗拉强度为1198.4 MPa,相当于热处理后母材强度的93.5%。冲击功为233 J/mm 2,冲击韧性高于母材。试验结果表明:使用惯性摩擦焊接方法焊接弹体毛坯仅需120 s,并且焊接头的连接强度满足使用需求。与将整体毛坯进行热冲拔相比,采用分段热冲拔的弹体毛坯制造方法可以极大地降低锻造难度、缩短锻造时间,从而提高毛坯的生产效率并降低生产成本。

大口径榴弹弹体成形工艺改进及工艺装备设计

分析了传统的大口径榴弹弹体热挤压成形工艺在工序流程、产品质量、生产效率、成本控制和装备安全性等方面存在的不足,并提出了改进方案,将弹体生产过程分为压型、缩径-反挤压、首序收口和次序收口4个工序。以某型Ф155 mm口径榴弹弹体为研究对象,基于有限元模拟软件DEFORM-3D,利用改进后的工艺对弹体成形过程进行了数值模拟,获得了金属的流动状态和各工序中温度场、应变速率场、等效应变场的分布特性以及载荷的变化规律。最后提出了压型、缩径-反挤压工序的组合工艺装备以及两道次收口工序的组合工艺装备的设计方案,新的装备设计方案可为弹体成形装备的升级换代提供参考。