撞击姿态对构型弹体非正侵彻多层间隔钢靶弹道特性的影响规律

为深入认识构型弹体非正侵彻多层间隔靶板的弹道偏转规律,结合数值模拟和理论分析,研究了构型弹体在不同撞击姿态下侵彻多层间隔钢靶的弹道特性,其中引入弹体侧向接触力和侧向偏转力矩等参量,着重分析撞击着角和攻角对弹道特性的影响规律。结果表明:构型弹体非正侵彻过程中,在纵向发生阶梯式速度衰减,但变化较小;同时,由于穿靶过程中受到侧向接触力及其偏转力矩的作用,在侧向产生显著弹道偏转。撞击着角决定弹体所受外载荷的非对称程度,着角越大,弹体偏转越严重;撞击攻角则主要影响弹肩穿靶时的径向速度和弹尾穿靶时的触靶位置,二者共同影响弹道轨迹,因而存在使弹体偏转程度发生转折的临界攻角。相比于侵彻单层靶,构型弹体非正侵彻多层间隔靶板的显著特点为弹道偏转存在累积效应,且侵彻前一靶板的弹道偏转情况显著影响到侵彻后一靶板时的弹靶作用特征,进而导致弹道偏转与弹靶接触力互相耦合。相关研究对预测构型弹体侵彻多层间隔靶板性能、优化弹体构型和撞击姿态等具有较好的指导价值。

基于细观混凝土模型的刚性弹体正侵彻弹道偏转分析

为研究混凝土细观因素对刚性弹正侵彻弹道偏转的影响,基于骨料随机投放的思路建立混凝土三维细观几何模型,分析刚性弹正侵彻过程中发生弹道偏转的原因及可能影响因素,定量讨论混凝土细观因素对弹道偏转的影响。结果表明:混凝土细观数值模型可以较好地反映弹体正侵彻过程中弹道偏转等典型物理现象,且细观参数对于弹体弹道偏转有显著影响。刚性弹正侵彻细观混凝土时,存在一个弹体直径/骨料最大粒径比的特征比值。

混凝土厚靶在弹体正侵彻下的响应研究

在内爆理论及考虑弹体体积变形和侵蚀效应的运动方程基础上,考虑质量守恒、动量守恒及能量转换关系,建立了描述混凝土厚靶在高速弹体正侵彻下的响应区理论模型.理论模型的数值解表明,混凝土和弹体的动力学特性对正侵彻作用下混凝土的响应有显著影响.在侵彻速度较高时,有些响应区消失,而破碎区和破裂区随侵彻速度增加而迅速增大.

弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律理论研究

为研究弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律,分别用修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Gruneisen状态方程描述高速侵彻下混凝土材料的屈服行为和弹体材料的体积变形,并考虑弹体材料的侵蚀效应,建立了弹体正侵彻半无限混凝土靶的运动方程和混凝土响应描述方程.理论模型的数值解表明,当着靶速度较高时,混凝土的破坏特性和弹体的可压缩性对侵彻效果有较显著的影响.所发展的理论模型能够较好地预测高速弹丸的侵彻特性.

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用LS-DYNA显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明:根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现"J"弹道。

在椭圆横截面弹体正侵彻下有限厚铝靶的破坏模式及响应特性

基于30 mm口径弹道炮平台,开展了3种不同椭圆横截面弹体在200~600 m/s撞击速度范围内正侵彻2A12铝靶的实验,获得了2A12铝靶的破坏形貌及弹体的剩余速度。在此基础上,建立了相应的数值模型,结合实验结果验证了所建模型的有效性,并系统分析了弹体横截面长短轴长度比对靶体的破坏情况及响应特性的影响。研究结果表明:弹体最大横截面面积是影响弹体剩余速度的主要因素,而弹体横截面长短轴长度比对弹体剩余速度的影响较弱;在圆形横截面弹体侵彻下靶体背部形成的花瓣大小和形状一致,空间分布均匀,而在椭圆横截面弹体侵彻下,随着弹体横截面长短轴长度比的增大,靶体背部形成的花瓣数量增加、尺寸变小,且在短轴方向的花瓣数量和靶体表面隆起高度均大于长轴方向的;靶体在圆形横截面弹体侵彻下的径向位移、径向应力和切向应力与其在椭圆横截面弹体侵彻下的显著不同,前者沿周向方向各点的变化规律基本一致,靶体处于简单的压缩状态,切向应力为零,而后者各点的应力状态与弹体横截面长短轴长度比和周向角密切相关,靶体受到压缩和剪切应力的耦合作用。

刚性弹对混凝土靶的正侵彻

刚性弹对混凝土靶的侵彻和穿甲已有广泛研究。大量的经验公式(如ACE，UKAEA，NFDRC等)可为弹体侵彻及防护设计提供直接和便利的参考。但是，经验公式的缺点，如量纲依赖性、弹头形状因子经验定义以及有限的适用范围等，限制了它们的应用。本文借助动态空腔膨胀理论和量纲分析，对刚性弹侵彻混凝土靶的动力学问题开展理论研究，给出侵彻动力学中的无量纲控制参数。

高速弹体非正侵彻混凝土靶的弹道偏转实验研究

利用二级轻气炮，进行了980～1870m／s速度范围内小尺寸弹体非正侵彻半无限混凝土靶实验，详细测绘了弹道轨迹及特征参数，重点研究了高速非正侵彻的弹道特性，并根据侵彻机理进行了侵彻过程分区。研究结果表明：与中、低速条件下的弹道不同，高速弹体非正侵彻半无限混凝土靶的侵彻弹道偏转更为明显，表现为典型的“J”形弹道，弹体终点姿态变化很大，弹道末端的偏转角可达130°。

弹体非正撞击/侵彻载荷响应的一种半经验分析方法

针对非正撞击/侵彻情况下的弹体结构动响应预示问题,将球形腔膨胀理论与经验方法结合,提出了一种弹体非正撞击/侵彻动载荷计算的半经验方法。基于本文半经验方法,沿终点弹道计算侵彻弹体的动载荷时间历程,进一步运用模态叠加法求解弹体结构动响应,对多个弹体算例的侵彻过载和应力进行预示并与数值仿真结果对比表明本文方法具有较强适应性,弹体结构最大应力预示结果的相对误差能达到30%左右。

高速侵彻混凝土弹体的形状演化模拟

高速侵彻时,弹靶间摩擦力所做功全部转变为热并作用于弹体,假设弹体质量损失来源于弹体表面材料熔化脱落,可以预测弹体总质量损失.结合分析得到的弹靶间摩擦功与压力轴向功关系,通过相应的弹体质量损失分析,获得侵彻过程中弹体表面各点的回退位移(垂直于弹体轴心线方向),实现弹体形状演化的模拟.弹体形状、侵彻深度及质量损失的计算结果均与实验结果基本吻合.

基于侵彻过载数值仿真的引信计层起爆控制方法

通过引信控制弹丸在多层防御工事的某一层中起爆,采用仿真软件对侵彻过程进行仿真。采用将弹体与引信分离建模的方法,获得引信部位侵彻过靶的加速度信号。通过分析正侵彻和斜侵彻2种条件下侵彻过载信号的特性,发现斜侵彻时会出现弹尾与靶板二次碰撞过载,可能导致多计层,提出采用弹丸识别入靶过载信号后短时屏蔽计层功能的方法,以实现正确计层。通过动态实验对该方法进行验证,表明引信计层起爆控制准确。

弹体形状对侵彻弹道的影响分析

为了避免弹体非正侵彻时侵彻弹道失稳,提高弹体侵彻深度,通过理论计算和数值仿真分析了柱形弹体和不同半锥角的锥形弹体的侵彻弹道,由于锥形弹体相比于柱形弹体,增大了与弹道洞壁的接触面积,产生的稳定力矩削弱了偏转力矩的不利影响,因而锥形弹体提高了侵彻弹道稳定性,弹道偏移量随着弹体半锥角的增大而减小,且存在一个最优半锥角使得垂直侵深最大。

刚性弹侵彻带覆土层混凝土靶数值仿真

为了模拟刚性弹正侵彻带覆土层混凝土靶试验,采用半经验公式法,确定靶体响应力函数,然后利用ABAQUS/EXPLICT软件,编写VDLOAD子程序,将靶体响应力函数加载到弹体表面作为有限元计算的边界条件,建立刚性弹正侵彻带覆土层混凝土靶的计算模型,并分别对模型里土壤侵彻和混凝土侵彻单独进行了验证。最后将计算结果与相关文献中带覆土层混凝土侵彻试验进行比较。结果表明计算结果与试验结果吻合,该计算模型适用于正侵彻带覆土层混凝土的研究。

杆弹侵彻钢纤维混凝土实验研究

采用DOP实验方法,进行了35CrMnSiA杆弹对不同钢纤维体积含量的钢纤维混凝土的侵彻实验。分别研究了杆弹着速和钢纤维体积含量对钢纤维混凝土抗侵彻性能的影响。实验表明,随着弹速增加,不同钢纤维含量的钢纤维混凝土侵彻深度都会增加,但钢纤维混凝土中弹体侵深增加较素混凝土缓慢;而钢纤维能增强混凝土的抗侵彻性能,且随钢纤维体积含量的增加,开坑直径显著减小,侵彻行程也会降低。研究成果可用于指导防护工程及战斗部工程的设计。