球形弹对金属靶板侵彻问题的数值模拟

基于球形空穴膨胀模型(SCE),采用ABAQUS有限元商业软件并结合自主开发的ABAQUS用户子程序对球形弹侵彻金属靶进行了有限元3D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需划分靶体网格,也避免了复杂的接触问题,从而使模拟大大简化。模拟过程中考虑到弹体的可变形性和入射时的微小偏航角,并且考虑了弹体在运动过程中和靶体的接触分离效应。模拟结果与文献中的实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果吻合得很好。

多层靶不同运动状态对高速球形弹侵彻的影响

为了研究多层靶运动状态对高速球形弹侵彻性能的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件,通过数值模拟建立了高速球形弹对多层薄靶板的侵彻模型;对不同运动状态下球形弹多角度侵彻多层薄靶板与静态单层同质量薄靶板的干扰效果进行了对比;得出靶板在静止时,等厚多层靶比单层靶的防护效果要好;水平负方向运动时的防护效果会低于正向运动,且随着入射角的增大而增大;当爆炸飞板法向高速飞行时,对球形弹的防御效果随倾角的不同呈现不同的规律。

球形弹体冲击下三维正交机织物结构破坏机制有限元分析

为深入研究抗冲击三维正交机织物的破坏机制,通过有限元建模分析,以三维正交机织物为靶体,在纱线尺度细观结构模型上计算其在不同初始速度球形弹体冲击下的渐进破坏过程。对不同初始速度下球形弹体的速度和加速度变化历程、各纱线系统吸能比例、材料渐进破坏过程以及最终破坏形态等进行分析。结果表明:平直排列的纱线系统在吸收与耗散球形弹体冲击能量的过程中发挥重要作用,可使能量以很快的应力波速扩展到三维正交机织物靶体的大面积区域,并提高吸能效果;球形弹体初始速度为100 m/s时,经、纬、Z纱系统可分别吸收总能量的39.6%、48.37%、12.03%,经、纬纱系统为三维正交机织物靶体抵抗冲击力过程中的主要承力部位;通过增加纱线层数、织物体积及织造密度等可提高三维正交机织物材料的抗冲击性能。

球形弹体打击作用下宽距水间隔铝板的动态响应特性

设计了水间隔靶板在球形弹体撞击下动态响应的实验装置,利用高速相机记录了整个过程,分析了不同阶段的复杂物理现象,讨论了弹体在水中运动时的位移变化和速度衰减规律,对比了背空靶板和背水靶板在相近速度弹体侵彻作用下的变形特点。得到以下主要结论:(1)球形弹体侵彻宽间距水间隔铝板的过程可以划分为3个阶段,弹体在水中运动的过程中,水中将产生巨大的空化气穴,弹体动能转变为水的动能和势能,且在弹体碰撞后板后,水中势能再次转化为水的动能施加在靶板上;(2)球形弹体在水中运动过程中,阻力系数近似为常数,约为0.38;(3)球形弹体侵彻时,靶板由于局部径缩产生花瓣开裂,背水靶板将比背空靶板产生更小的塑性变形,且背水靶板的花瓣开裂数更少。

TC4钛合金板对球形弹抗冲击损伤特性研究

为研究钛合金板在球形弹冲击下的弹道性能与失效特性,在一级气炮进行弹体正冲击靶板试验,获取弹体的弹道极限速度和速度曲线。用有限元软件Abaqus建立弹体撞击靶板的仿真模型,计算获取弹体不同入射角冲击靶板的弹道极限速度,验证数值仿真模型及参数有效性。结果表明:质量为8.35 g的刚性球形弹冲击厚度为2 mm的钛合金板时,数值仿真的弹体弹道极限为231 m/s,试验为233 m/s,两者相差0.86%。随弹体冲击角度逐渐增大,靶板弹道极限逐渐增大,靶板的拉伸撕裂程度更严重。

38mm中空球形弹冲击仿生靶标的有限元模拟

为进一步提高防暴动能弹的本质安全化设计,借鉴法国Flash-Ball动能弹设计理念,提出设计适用于国内现役38mm防暴枪的中空球形弹,从仿真的角度检验其非致命效能,进行参数优化设计。采用八节点六面体单元SOLID164模拟弹体和仿生靶标模型,38mm中空球形弹和仿生靶标材料均选*MAT_PLASTIC_KINEMATIC,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对冲击弹-靶冲击过程进行仿真,改变弹体速度和壁厚进行比对分析。结果表明,38mm中空球形弹以60m/s的速度作用于仿生靶标时产生较大形变最终变成圆饼状;弹丸致伤威力随着速度和壁厚的增加而增加;以动能和比动能检验其非致命性,当壁厚为5mm时不造成中度以上损伤的终点速度阈值为76.16m/s。

半球形头弹斜撞击下铝合金薄板的失效仿真分析

为分析斜撞击下撞击角度对6061-T651铝合金板失效特性的影响,首先用一级轻气炮发射半球形头弹正撞击铝合金靶板,得到试验数据。其次根据试验工况建立弹靶模型并验证模型的有效性,得到数值模拟结果,不仅能很好地预测靶体的弹道极限速度,还能够较好地分析弹体初始速度—剩余速度变化趋势。最后建立5种不同撞击角度下的弹靶模型,分析撞击角度对靶体失效特性的影响。结果表明,弹体的弹道极限随其撞击角度的增大先减小后增大,15°时弹道极限最小。靶板主要失效模式也由刚开始的花瓣开裂逐步变为撕裂拉伸破坏,且撞击速度也对靶板失效有较大的影响。

不同约束条件下球形礼花弹热安全性研究

使用热分析仪器和AKTS模拟软件对不同约束条件下的球形礼花弹的热安全性进行了模拟研究,得到药剂在不同约束条件下的自加速分解温度(SADT)以及稳定性曲线。为防止礼花弹在生产、仓储、运输、燃放过程中发生燃烧、爆炸事故提供了理论依据。

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。

半球形头弹不同角度冲击下编织复合材料板的侵彻特性

利用一级气炮发射半球形头弹冲击2mm厚的编织复合材料层合板,冲击角度为0°、30°和45°,通过高速相机记录弹靶撞击过程并得到弹体速度数据。利用拟合公式处理试验数据,得到不同冲击角度时的弹道极限值,并和理论模型结果进行对比。分析了冲击角度对靶板弹道极限、能量吸收率和失效模式的影响。结果表明:45°斜冲击时的靶板弹道极限最高,正冲击次之,30°斜冲击最低。相同冲击能量时,45°斜冲击的能量吸收率最高,低能量(<80J)冲击时,30°斜冲击比正冲击能量吸收率高,高能量(>80J)时,正冲击更高。正冲击时,靶板正面因剪切失效而形成圆形凹坑,背面因纤维拉伸失效形成菱形鼓包,斜冲击形成椭圆形扩孔,且其面积随冲击角度增加而增加。