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%。

水下连续发射弹体干扰特性及发射时序优化

随着对饱和攻击需求的提高,潜艇连续发射过程的发射时序协调控制研究变得迫切而紧要。考虑到弹体间的流体动力干扰是影响安全发射的主要因素,基于重叠网格多自由度仿真技术,针对连续发射的水下弹体开展姿态弹道干扰特性研究。通过分析流场结构发现,以一定攻角发射的弹体形成的发卡形尾涡是造成后续弹体姿态弹道差异的主要原因。根据不同艇速、时间间隔和空间间隔下弹体间的干扰特性建立干扰评价模型。在保证干扰不影响后续弹体的前提下,以最短发射时长为目标,以综合评价函数为约束,基于改进的贪心算法对大筒多弹式布局的水下弹体开展发射时序优化研究,并采用均匀抽样方法验证优化结果准确性。研究结果表明:相对于均匀抽样方法,改进的贪心算法具有相当的计算准确度和更高的计算效率。

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。

高速动能弹体冲击毁伤金属厚靶缩比试验与仿真

为研究高速动能导弹对装甲目标的毁伤特性,构建了基于25 mm弹道炮平台的缩比动能弹体高速毁伤模拟试验平台.试验获得了靶体的破坏形貌以及弹靶的动量传递关系,在此基础上建立了弹体的冲击侵彻仿真模型,结合试验结果验证了仿真模型的可靠性,并分析了高速动能导弹和杆式弹对金属厚靶的毁伤特性,研究了结构件质量比例对高速动能导弹冲击破坏特性和动量传递结果的影响规律.研究结果表明:杆式弹撞击时靶内压力场呈现出半球形分布特点,弹坑为圆孔状;动能导弹壳体与弹芯对应的弹靶碰撞部分均为高压力区域,侵彻后弹坑为“喇叭状”;相同速度下动能导弹的量纲一开坑直径与侵彻深度均小于杆式弹体,当撞击速度足够高时,动能导弹的撞击冲量与动量传递因子均会大于杆式弹体;此外,动能导弹内部结构件的质量比例关系对其侵彻破坏与动量传递结果有显著影响.随着穿甲弹芯质量比例的下降,动能导弹在相同速度下的量纲一侵彻深度有所下降,但其量纲一开坑直径、开坑深度和动量传递因子大小均有所提升.

基于ALE方法的弹体入水硬质聚氨酯泡沫缓冲器降载性能分析

针对弹体高速入水过程中的降载问题,设计一种硬质聚氨酯泡沫缓冲器。基于霍普金森压杆实验技术,获取冲击载荷下硬质聚氨酯泡沫密度和应变率效应,构建其宏观本构模型。采用拉格朗日-欧拉流固耦合方法(ALE),建立弹体入水冲击数值仿真模型,验证所建本构关系及ALE方法的合理性,对加装缓冲器的弹体高速入水问题进行数值仿真计算,获得入水过程中硬质聚氨酯泡沫的动态破坏过程及弹体运动参数,从而分析硬质聚氨酯泡沫密度、厚度对降载特性影响规律,讨论不同入水速度下硬质聚氨酯泡沫参数的设计方法。研究结果表明:硬质聚氨酯泡沫动态力学性能应变率效应不明显,但密度效应明显,缓冲降载性能随硬质聚氨酯泡沫密度和厚度的增大而升高。

侵彻弹体过载信号特性与处理技术研究进展

侵彻弹体过载信号是反映侵彻物理过程的关键信号,可分为刚体减速度、弹体结构响应、连接结构响应和传感器噪声4种成分。介绍了4种成分的来源和各自特点,讨论了弹体结构响应和传感器相关信号各自的建模和评估方法。整理了针对过载信号进行分析处理的若干方法,比较了各种方法的精确性、自适应性、实时性和适用范围。对于过载信号处理实时性需求、重构手段、刚体减速度在复杂侵彻环境下的形式以及高速侵彻对过载信号分析处理带来的挑战展开了讨论。针对侵彻弹体过载信号研究现状,总结了存在的问题以及未来可能的研究方向。

异形弹体高速侵彻/穿甲机理研究进展

为支撑超高声速武器终点毁伤效应评估,满足异形弹体侵彻力学理论发展需求,异形弹体侵彻机理是当前亟需研究的关键基础科学问题。对异形弹体侵彻行为、弹靶作用机制、弹道稳定性与结构响应研究现状进行全面综述,对现有研究工作进行梳理与总结,搭建异形弹体侵彻问题研究的基本框架;以异形弹体侵彻/穿甲过程中出现的新质弹靶作用现象、机理为脉络,突出异形弹体结构对载荷环境表征、弹道及结构稳定性控制等方面带来的新挑战,并提出了异形弹体未来研究的3个建议,供相关研究者参考。

弹体结构局部响应放大的现象研究

针对弹体装药安全性问题,开展弹体侵彻混凝土靶过程中装药动态响应机理的研究。结合实际弹体结构的典型特征,建立了含间隙结构装药非线性响应理论模型,通过理论分析计算揭示不同间隙或不同载荷频率下结构的局部响应放大现象;采用有限元数值模拟方法验证理论计算结果的正确性;设计了振动台试验进一步验证理论与模拟仿真的结果的真实性。通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,研究了低强度载荷作用下装药点火与起爆现象的内在机制。研究结果表明弹体在逐层侵彻多层混凝土靶时,弹体结构产生的振动对弹体力学响应、装药安定性有着较大影响,弹体结构存在一定的振动响应放大现象。

大质量弹体冲击下带壳装药起爆特性数值分析

为探讨新型抗导弹防护结构,采用非线性动力学软件LS-DYNA,建立典型形状大质量弹体对圆柱形带壳装药结构的冲击起爆数值分析模型,计算分析了不同质量、形状与倾斜角的钨合金块体低速撞击下带壳B装药冲击起爆特性,获得了临界冲击速度,冲击起爆过程及压力变化。结果表明:弹体质量越大,装药内部形成的透射压力波影响范围越广,持续时间越长;质量在0.1~30 kg范围内,弹体冲击起爆带壳装药的性能与弹体的初始动能有关,端盖厚度为20、40、60 mm的B装药发生冲击起爆的弹体临界动能分别为250、930、1 600 kJ;弹体的临界起爆速度随倾斜角φ变化的规律受弹体形状影响,φ≤15°时,圆柱形弹体临界起爆速度最低,φ>15°时,球形弹体临界起爆速度最低。

刚性弹体侵彻混凝土和花岗岩数值模拟研究

为了研究混凝土靶板和花岗岩靶板的抗侵彻能力,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对刚性弹体侵彻Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型混凝土靶板和花岗岩靶板的过程进行数值模拟,通过数值模拟结果与试验结果及理论公式计算结果的对比,验证数值模拟结果的有效性.结果表明,在相同条件下,刚性弹体在花岗岩靶板中受到的阻力大于相应的混凝土靶板,而且在刚性弹体同样的初始侵彻速度下,弹体侵彻混凝土靶板后的残余速度明显高于弹体侵彻花岗岩靶板后的残余速度,混凝土靶板的侵彻深度也明显高于花岗岩靶板的侵彻深度.针对刚性弹体正侵彻两种靶板结果的分析表明,花岗岩靶板相比混凝土靶板在抗击弹体侵彻能力方面更显著,可为防护工程结构设计提供支撑和依据.

金属/聚氨酯波形发生器复合弹体冲击载荷特性及调控机制

采用撞击方式模拟爆炸/冲击加载是一种有效的实验室规模的加载手段。为探究金属/聚氨酯波形发生器(Polyurethane Waveform Gnerator,PWG)复合弹体的冲击载荷特性及PWG对载荷的调控作用,进行不同尺寸PWG的准静态压缩加载-卸载实验,分析PWG的基本力学特性及PWG的刚度、能量耗散比与PWG尺寸的定性关系。开展不同配置的金属/PWG复合弹体的直接撞击实验,对复合弹体撞击过程进行系统分析,探究冲击速度及PWG尺寸等因素对冲击载荷的影响,并分别建立冲击载荷特征参数与冲击速度、PWG尺寸因子的定量关系。通过金属/PWG复合弹体直接撞击实验的单自由度系统运动方程及PWG动力学模型,探究PWG刚度对冲击载荷的调控作用。研究结果表明:PWG的静刚度系数随直径的增加而增大,随厚度的增加而减小;与PWG直径相比,厚度对能量耗散比的影响更加显著;冲击载荷特征参数与PWG直径D、厚度H的乘积D×H具有显著相关性,且随D×H的增加,峰值压力呈指数下降,持续时间及峰值比冲量分别呈2阶、3阶非线性增长;随着冲击速度的增加,峰值压力和峰值比冲量分别呈现3阶非线性快速增长和线性增长趋势,载荷持续时间则呈现2阶非线性下降趋势;PWG直径对冲击载荷的影响主要通过调控线性静刚度系数α实现,直径越大,α越大,冲击载荷峰值越小,冲量越大,载荷越趋近于半正弦曲线;PWG厚度的影响主要通过调控非线性静刚度系数γ实现,厚度越小,γ越大,冲击载荷峰值越大,冲量越小,载荷的尖峰细腰形状越明显。

装药弹体高空跌落冲击动态响应研究

弹药意外跌落的冲击作用,可能引发事故甚至导致弹药出现早爆而造成灾难性后果。采用LSDYNA研究了分体式装药弹体从10~35 m范围内6个不同高度垂直撞击混凝土介质的冲击响应,获得了装药弹体从不同高度冲击混凝土介质时冲击过载峰值和脉宽的变化规律、装药内部应力波的传播规律,以及混凝土地面的开坑状况。冲击过载脉宽大约为5 ms,过载峰值最大约为1000 g,装药头部主要受到压缩作用,轴向应力呈近似半正弦规律变化,其最大值为43.9 MPa。开坑数值模拟结果与实验结果吻合较好,证明了数值模拟的合理性。

WG-4-1耐高温可剥涂层在弹体零件加工中的应用及效果

采用WG-4-1耐高温可剥涂层作为弹体零件表面临时保护材料,讨论了可剥涂层自身的剥离性能,探究了可剥涂层对被保护漆面性能的影响,及其在弹体零件加工过程中的应用效果。结果表明:可剥涂层的剥离性能仅与自身厚度有关,随着厚度的增加剥离效果越好;可剥涂层对被保护漆面的光泽度、色差、附着力等性能几乎不产生影响;在全弹加工过程中可剥涂层具有良好的防护作用,是一种高效的弹体零件表面临时保护材料。

弹体破片不同角度冲击蒙皮产生的应力波特征分析

在低空作战时直升机蒙皮易被杀爆弹破片击穿,损伤程度影响飞行安全与任务决策。为了有效支撑蒙皮弹击监测工作,针对不同角度冲击导致损伤程度不同的问题,开展不同角度冲击应力波特征研究。本文中建立了弹体破片冲击蒙皮有限元模型,通过仿真分析和弹体破片冲击模拟实验相互验证,获取弹体破片冲击应力波信号;利用时频分析的方法,分析冲击应力波信号的主要成分,确定其信号模态种类和频带范围;提取信号能量及不同模态波包峰值特征,建立应力波信号特征与冲击角度的关系。研究结果表明,不同角度冲击产生的应力波信号3个波包峰值规律不同,不同方位的信号能量差异较大,且随冲击角度增大逐渐趋于一致,该结果为直升机弹击监测提供了一定的参考依据。

某小口径埋头弹弹体破碎性研究

埋头弹作为一种新型弹药,具有体积小、形状规则等优点,是未来弹药发展的重要方向之一。弹体破碎性直接影响弹丸威力,为提高弹丸威力,弹体材料、炸药种类、弹体装药结构必须合理搭配。通过对30CrMnSiA、40MnNiMo、50SiMnVB 3种常用弹体材料进行破碎性试验,寻求一种适合某小口径埋头弹的弹体材料。试验结果表明:50SiMnVB材料的弹体形成的有效破片数量最多,质量相对均匀,更适合用于小口径弹药弹体材料。同时,针对50SiMnVB弹体材料形成破片质量分布不均、利用率低等问题,利用ANSYS LS/DYNA有限元分析软件对该口径埋头弹弹体膨胀和自然破片形成过程进行了数值模拟,通过对弹体自然破片形成机理的分析并结合埋头弹发射具有高膛压、高过载的特点,设计出一种结构简单,加工成本低廉,可用于高膛压、高过载的弹体结构,并对所设计的弹体结构自然破片的形成过程进行数值模拟。数值仿真结果表明该种弹体结构设计方案具有较高的可行性。进行了破碎性试验验证,试验结果表明该种弹体结构形成的有效破片数量可增加16.5%。

基于椭圆成像参数匹配的弹体姿态测量方法

一体化弹丸的弹托分离过程对弹体的飞行稳定性和打击效能具有显著的影响。为此,针对一体化弹丸出膛后弹托相对弹体的六自由度运动过程,提出了基于椭圆成像参数匹配的弹体姿态测量方法,即利用弹体底部为圆形在任意角度下成像为椭圆的特点,通过提取弹体底部椭圆成像轮廓上的几个点,解算得到椭圆参数,再结合双目椭圆成像参数相同的约束条件,通过优化弹体的成像角度实现参数的最优匹配,从而实现对弹体姿态角度的估算。测试结果表明:相比传统基于纹理信息以及基于轮廓匹配的姿态测量方法,该方法不需要识别弹体表面标记点或者完整的轮廓信息,大大提高了测量方法的通用性和可靠性,且测量精度可达0.4°,满足使用要求。

弹体冲击载荷下头部损伤与防护研究进展

战场环境下士兵受到弹体(子弹、爆炸破片等)冲击的威胁,佩戴头盔不仅能防止头部产生贯穿伤,还能有效减轻头部损伤。文章聚焦弹体冲击载荷下头部损伤与防护热点问题,综述国内外科研团队在头部损伤方面采用的研究方法、弹体冲击载荷下的头部非贯穿伤机制和头部损伤评价标准。从定性评价到定量评价等方面总结了现有评价标准现状,评述了各类研究方法、损伤机制、评价标准的适用性与优缺点,并重点讨论了头盔防护性能等关键问题。最后,展望了未来战场环境下弹体冲击致头部损伤与防护方面存在的问题和发展趋势,综述内容可为战场士兵损伤评价及头盔防护研究提供理论依据。

直升机尾传动轴弹体冲击动力响应与失效破坏

直升机在低空作战时,尾传动轴易被地面高射枪弹击中产生弹击损伤。为获得弹体入射角度和速度对尾传动轴动力响应与失效破坏的影响,本文中建立了尾传动轴弹体冲击动力学有限元模型,结合实验验证了有限元模型的准确性,分析了弹体在不同入射角度和速度下尾传动轴的失效破坏规律,计算了弹体不同入射角度下尾传动轴凸面和凹面的临界穿透速度,得到了弹体入射角度、速度与2次冲击力峰值及其时间间隔函数变化关系,提出了一种弹体冲击参数估算方法。分析结果表明,尾传动轴的失效破坏形式呈向后翻转的花瓣型,射出孔损伤比射入孔更大;其凸面和凹面临界穿透速度随弹体入射角度的增大而增大,弹体速度远大于凸凹面临界穿透速度或正冲击时,弹道轨迹无明显偏转;冲击力峰值随弹体入射角度的增大而减小,随弹体速度的增大而增大,而2次冲击力峰值时间间隔随弹体入射角度的增大而增大,随弹体速度的增大而减小;基于2次冲击力峰值时间间隔和弹道轨迹路程能有效计算弹体冲击参数,误差在5%以内。这将为在线监测尾传动轴弹击状态提供参考依据,确保直升机在严酷战场中的安全飞行与任务执行。

小口径弹体淬火冷却硬度分布不均匀分析

小口径弹体用钢消耗量大,硬度均匀性要求高,常规淬火处理后经常出现硬度偏低和波动性大的问题,不但影响了弹体的打击能力,而且增加了生产成本。经过理论分析,确定了常规淬火硬度偏低和波动性大的原因,提出了淬火改进措施。试验结果显示:改进淬火处理后硬度和波动性均得到了改善,达到弹体的技术要求。

粘弹体防腐新技术在石油天然气管道工程运用

在现代工业社会发展过程中,石油天然气发挥着重要的作用,石油天然气几乎可以驱动所有的机器和电力设施,如果无法正常供应石油天然气,将会阻碍现代工业文明发展。在运输石油天然气的时候需要利用运输管道,为了保证社会运转的正常性,需要保证运输管道的质量,高效地运输石油天然气,因此需要防腐处理石油天然气管道,保障管道的质量,避免因为腐蚀问题影响到石油天然气运输工作。本文主要分析了粘弹体防腐新技术在石油天然气管道工程的应用,对于实际工作发挥出参考作用,保证管道工程的质量和安全性。