钢球对明胶靶标的侵彻过程研究

为研究弹体对生物软组织模拟靶标的侵彻破坏效应,对不同直径钢球侵彻明胶靶标的实验进行了分析,利用高速摄像获得了弹体的侵彻深度和靶标中的瞬时空腔轮廓的变化规律,对弹体的运动和靶标中的瞬时空腔膨胀过程进行了建模研究。分析了侵彻过程中的能量转换与守恒关系,结合柱形空腔膨胀理论,推导了介质中的动能和变形能的表达式,由此获得了弹体的侵彻阻力方程和靶标介质沿垂直弹道方向的运动方程,两组方程共用能量守恒关系中的参数,将弹体的侵彻阻力模型和空腔运动模型紧密结合。结合侵彻实验结果,对模型中的参数进行了拟合和分析。理论模型的计算结果和实验结果的对比表明,当钢球的直径在3~6 mm、初始侵彻速度在500~900 m/s时,提出的模型可准确预测球形弹体侵彻明胶靶标过程中的关键物理规律,包括弹体的侵彻深度和瞬时空腔的轮廓变化,为轻武器对软组织的杀伤作用机理的研究提供了参考。

明胶靶标实验前的温度场仿真与实验研究

研究明胶靶标的物理性能与温度关系,由于明胶靶标在创伤实验的准备过程中,温度与实验环境温度之间的温差会导致明胶靶标内部温度场变化发生,进而影响创伤实验结果的准确性和稳定性。为分析性能,利用有限元软件ANSYS的热分析软件对明胶靶标吸热过程的温度场进行了仿真,计算获得了某一时刻明胶靶标各布置点的温度场分布及变化规律,通过温度测量实验对其进行了验证,结果表明数值仿真结果与实测结果符合。通过仿真分析,获得了不同时间的吸热后的明胶靶标过质心的正截面上的温度分布,为获得明胶靶标的准确分布提供了重要参考。

基于ANSYS的明胶靶标温度场仿真分析

基于三维非稳态温度场理论,应用大型有限元软件ANSYS,采用瞬态热分析方法对明胶靶标进行了温度场的仿真计算;并进行了实验验证。计算结果与实测结果的对比分析表明,数值仿真具有高的准确性。通过仿真计算,得到了明胶靶标不同时刻的温度场、在某一时刻沿过质点的正截面上的温度分布、以及中心点处温度随时间的变化,为创伤实验靶标的制取与应用提供了重要参考。

步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究

为研究步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立步枪弹侵彻复合靶标的数值模型。通过该模型模拟了侵彻过程中的钝性冲击现象和明胶瞬态响应,并进行了试验验证。研究结果表明:步枪弹侵彻陶瓷板过程中消耗了弹头大部分能量;明胶内瞬时空腔呈现椭球形基本形态,空腔最大凹陷深度和膨胀速度分别为25.6mm和35.7m/s;压力波在明胶内以球面波形式向外传播,在弹着点处峰值压力最大,且压力幅值随着传播距离的增大而不断减小;弹头速度先有一段明显的下降过程,而加速度绝对值则先增大,随后它们都逐渐衰减至0m/s和0m/s2;陶瓷板的破坏主要是由拉应力和压应力的反复作用造成的;数值计算结果与试验结果的一致性较好,验证了数值模拟模型的准确性。

弹丸侵彻明胶靶标的毁伤参数获取方法

为准确获取枪弹对明胶靶标的毁伤参数,采用基于改进型自适应均值滤波、二值化轮廓跟踪法的数字图像预处理技术,实现了被侵彻明胶靶标正交图像的空腔轮廓线提取;采用基于去除伪轮廓线、多项式拟合、切线斜率差去尖角、椭圆截面法的三维建模技术,建立了毁伤空腔模型。以高速摄影系统拍摄的弹丸侵彻明胶靶标图像为实例,对模型进行了验证,计算出了3个重要毁伤参数,即弹丸侵彻最大瞬时空腔体积、窄伤道长度、动能传递量,为枪械杀伤效能评估研究提供了一种可行方法。

明胶材料与胶泥材料在软质防弹材料受子弹冲击时瞬态凹陷深度的对比研究

本文针对明胶材料能够模拟人体皮肤与肌肉力学性能,同时具有能够准确、快速传递压力波的特性,将明胶材料用于软质防弹材料受子弹冲击时的瞬态凹陷深度测量中,提出采用明胶及高速摄影设备搭建试验条件来测试软质防弹材料非贯穿性钝击伤的定量评估方法。采用目前常用的几种软质防弹材料,分别在明胶材料与胶泥材料上展开相同条件的防弹性能测试。通过实弹对比试验数据分析,初步获得明胶材料与胶泥材料在表征软质防弹材料受子弹冲击时的瞬态凹陷深度数值差异与规律,为选择更科学、准确的防弹材料防护性能测试用背衬材料提供参考。

非侵彻条件下猪体和明胶靶内压力衰减试验研究

为研究某小口径弹丸非侵彻条件下机体内的压力传递,采用压力动态采集系统,通过某小口径弹丸以不同撞击速度对长白猪和明胶靶标进行非侵彻防护射击试验,得到了靶内不同位置处的压力值。试验结果表明:弹丸速度越大,靶内产生的压力峰值越高,且压力峰值随距撞击点距离呈指数衰减;长白猪体内的压力衰减速度大于明胶靶标中的压力衰减速度;皮肤的吸能能力与撞击速度有很大的关系。该试验结果对伤员的救治、建立损伤标准及枪弹设计改型具有重要意义。

菱形破片对明胶的侵彻效应研究

文中基于菱形破片侵彻明胶试验数据,结合现有的球形破片侵彻明胶深度经验公式,采用仿真方法研究了菱形破片以不同速度、姿态角侵彻明胶作用过程,总结菱形破片翻转规律,得出菱形破片侵彻明胶深度经验公式。结果表明:该经验公式与仿真、试验结果均符合较好,侵彻深度相对误差小于15%,可以为菱形破片结构设计和快速预测菱形破片侵彻明胶深度提供参考依据。

基于虚拟仪器的轻武器终点杀伤测试系统

评估轻武器对目标的终点杀伤效应对指导轻武器与防护材料研制有重要的意义,传统的分离仪器配合生物靶标不能很好地满足低成本、高效率的测试需求。设计了基于PXI-e总线的虚拟仪器与4℃、10%质量分数时,尺寸为500mm×500mm×480mm明胶靶标的轻武器终点杀伤测试系统。系统软件由Labwindows/CVI编写,利用Access数据库技术进一步提升系统灵活性与安全性,适应不同测试条件。经非侵彻明胶压力试验得出,压力测试相对误差小于1.5%,多通道采集时间差小于19μs,实验结果满足设计需求。

特种弹头结构设计与终点效应研究

本文针对尖头弹,钝头弹,非对称弹,头部中空弹4种典型结构弹头的终点效应进行研究,使用Ls-Dyna分别对其侵彻明胶靶标进行数值仿真。通过实验结果与仿真结果对比,验证了有限元模型的正确性。使各个弹头拥有相同的速度,打击明胶靶标,测量侵彻过程中的最大瞬时空腔、弹头的速度降等参数,比较不同结构弹头的终点效应。改变头部中空弹空心部分所占比值,研究结构参数对终点效应的影响。研究结果表明,尖头弹与钝头弹侵彻能力强,非对称弹和中空弹容易翻滚失稳;随着空心部分所占比值增大,头部中空弹侵彻能力降低,杀伤效能降低。