球形破片侵彻明胶的瞬时空腔模型

为研究杀伤元对人体的致伤机理，采用明胶作为人体组织替代物，研究了球形破片侵彻明胶时瞬时空腔的运动规律。采用高速摄影获得了3mm、4mm和4．8mm钢球以650-1000m／s速度侵彻明胶的空腔实验数据。根据弹性变形假设和位移场假设，推导出空腔的运动为正弦运动。利用球形破片在明胶中的运动模型和空腔实验数据，建立了空腔振幅与能量、角频率与能量的经验公式。采用5·2mm钨球以800m／s速度侵彻明胶的实验结果对模型进行验证。

颌面部瞬时空腔效应及血管损伤效应研究

用高速钢珠弹致伤实验动物,用高速脉冲X线机拍摄颌面部致伤瞬间的组织变化,证实颌面部高速投射伤时同样存在瞬时空腔效应,但空腔直径仪为钢珠直径的10余倍,空腔内的血管发生明显的震荡损伤。这一结果为颌面部火器伤的临床救治提供实验依据。

基于水平集的弹创瞬时空腔X射线投影图像分割方法

弹创瞬时空腔多呈椭圆形,在近伤道入口和出口处,由于受到外界压力和进入气流的影响,瞬时空腔比伤道中央部小.根据目前弹创弹道学方面的知识和临床经验,往往不能准确检测出弹创瞬时空腔弱边缘.本文引入Chan-Vese水平集算法,利用自动阈值分割算法获取水平集初始轮廓线,利用零水平集曲线的平均边缘能量控制演化速度,利用零水平集停止条件自动获取最终轮廓线,解决了弹创瞬时空腔弱边缘难以自动检测的问题.

高速钢球对水介质侵彻时瞬时空腔形成的数值模拟

采用二维有限差分非线性动力数值计算程序（Ａｕｔｏｄｙｎ－２Ｄ）对高速钢球侵彻水介质时瞬时空腔的形成及其发展过程进行了数值模拟，获得了钢球侵彻水介质过程中速度衰减的规律、水介质中速度场和压力场的分布等数值模拟结果。数值模拟的结果与实验结果及现象相符。数值模拟结果及其相关分析为从理论上深入分析研究高速投射物对生物的致伤机理提供了重要的依据。

基于瞬时空腔效应的明胶靶标与肌肉目标等效性研究

明胶靶标作为肌肉目标模拟物被广泛应用于瞬时空腔效应相关理论和实验研究,建立明胶靶标与肌肉目标瞬时空腔效应的等效关系,对明胶靶标的推广应用具有重要意义。分析了瞬时空腔形成的物理过程,找出了影响瞬时空腔尺寸的主要物理参数;利用相似理论推导出瞬时空腔效应的相似准则方程,并基于不同靶标实验数据求解出方程系数,从而建立了明胶靶标与肌肉目标的空腔效应等效模型;通过球形破片侵彻猪后腿的实验验证了该等效模型的准确性,模型预测的最大瞬时空腔直径与实验相对误差小于4.0%.

高速投射物对生物致伤时瞬时空腔的理论研究(英文)

分析计算了高速投射物对生物体致伤时肌肉组织中瞬时空腔的发展过程 ;通过将肌肉组织简化为不可压缩的Voigt Kelvin粘弹性流体模型 ,在球对称和纯径向运动的假设条件下 ,应用非牛顿流体力学的基本方程建立了一种计算瞬时空腔发展的理论模型 ;该模型能较好地反映肌肉组织中瞬时空腔的脉动发展过程以及瞬时空腔内压力的变化 ,计算结果同实验结果基本一致 ;通过该理论模型 ,可以对瞬时空腔进行定量的理论分析和研究 .

球形破片侵彻明胶的瞬时空腔简化模型

对破片侵彻明胶形成的瞬时空腔现象进行了研究,基于LS-DYNA软件建立了球形破片侵彻明胶的二维轴对称模型,结合相关试验结果验证了仿真结果的正确性,进而对不同破片直径和着靶速度侵彻有限厚明胶靶后的速度衰减和瞬时空腔尺寸的规律作了分析和讨论。利用遗传算法对不同工况的仿真数据进行拟合,得到了计算瞬时空腔的简化数学模型,通过与更多仿真结果的比对,验证了模型的有效性。该简化模型可用于快速计算球形破片侵彻生物靶标造成的损伤区域,对提高人员目标毁伤评估和易损性分析的效率有实际意义。

颌面部瞬时空腔效应及血管损伤的研究

高速投射物致伤时,由于瞬时空腔的作用,不仅造成直接击中区的组织损伤,也造成伤道周围组织的震荡损伤,致伤组织种类不同,损伤波及范围也不同。颌面部解剖结构特殊,致伤时是否有较大的瞬时空腔形成存在争议,且无实验依据。本实验运用高速摄影方法。

典型小口径步枪弹侵彻明胶时空腔演化规律的实验研究

为了研究典型小口径步枪弹在侵彻明胶过程中空腔的形成与发展规律,实验中选用4℃/10%浓度配比,尺寸为300mm×300mm×300mm的明胶块作为靶标,并利用高速摄影进行拍摄测量.在100m射距下实验了3发SS109 5.56mm步枪弹,获得3组空腔图像和压力波数据.通过对数据进行处理并与7.62mm步枪弹空腔图像数据对比分析得出:瞬时空腔最大直径在200~270mm范围内,脉动周期为11ms;瞬时空腔直径随侵彻时间呈半正弦波衰减曲线变化;杀伤元的形状对瞬时空腔的形状有显著影响,从而影响到杀伤威力的大小.

基于明胶实验的弹创空腔序列图像处理技术

用瞬时空腔最大膨胀波及范围评价枪弹致伤效应,关键是获取该膨胀范围的准确轮廓,并计算对应的空腔容积。用基于Canny算子的空腔轮廓提取算法得到单帧图像的瞬时空腔轮廓,对序列空腔轮廓图进行"或"运算叠加,对叠加结果进行轮廓提取,用基于斜率的滤波方法去除噪声点,最终可得到空腔最大膨胀范围轮廓。结果表明,该方法可以有效获得准确的瞬时空腔的最大膨胀范围,为定量分析枪弹的致伤效果提供可靠的评价参考。

基于OpenGL的枪弹侵彻伤道可视化研究

快速直观地再现枪弹侵彻人体过程中伤道形成过程,为人体易损性评估提供准确的人体损伤数据。首先构建枪弹侵彻明胶靶标过程中的枪弹运动方程和明胶内瞬时空腔运动方程。接着使用C++语言,在OpenGL规范的基础上,对枪弹运动、空腔膨胀设计了可视化算法程序。程序可以通过数据实时驱动,实现枪弹运动和明胶空腔膨胀的动态变形仿真。将某7.62mm枪弹侵彻明胶的伤道可视化仿真与相应实验进行了对比,验证了仿真的准确性。上述程序可作为人体易损性评估软件的一个模块,用于快速直观地再现枪弹对人体的杀伤效应。

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。

步枪弹侵彻明胶靶标的数值模拟

为更好揭示步枪弹与明胶的相互作用过程及作用机理,采用显式有限元方法对侵彻过程进行了数值模拟,通过与实验数据对比验证了模型的有效性和准确性。对弹头在明胶中的受力、明胶中等效应力分布及入射攻角对明胶创伤效应的影响进行了分析。数值结果表明:在窄伤道段明胶阻力增长缓慢,随着弹头的迅速翻滚明胶阻力急剧增长,并导致弹头破碎;明胶中的最大等效应力层始终分布在瞬时空腔的内壁,随着空腔膨胀其影响区域不断扩大,并导致空腔内壁的明胶单元破坏失效;攻角的微小变化对弹头在明胶中的翻滚位置及速度衰减规律影响较大,但随着攻角的增加这种影响逐渐减弱。

球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟

针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题,进行了实验研究.在对实验现象及结果的观察与分析的基础上,为建立合理的数值模型和验证数值方法的可行性与准确性提供了评判标准.采用Lagrange,ALE和SPH-Lagrange耦合算法分别对钢球高速侵彻明胶的动力学过程进行了模拟.从建模方法、计算效率、数值结果精度和实验现象再现程度等方面对比分析了3种数值算法之间的差异和优缺点.对比结果表明:针对钢球高速侵彻明胶的数值模拟问题Lagrange算法的计算精度和计算效率最高;如果计算过程中的网格畸变经常造成数值求解终止等问题,则可以考虑采用ALE算法;SPH算法不适用于求解该问题.

低侵彻手枪弹入水侵彻性能数值模拟研究

利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟技术,对国产φ9 mm手枪弹头进行了2种新的设计,使其具有了高杀伤、低侵彻的性能。这两种设计完成的新弹型分别为软尖弹和空尖弹。通过对3种弹型入水过程的数值模拟,获得了他们的速度衰减曲线、位移曲线、相对动能曲线以及形成的瞬时空腔。其中,获得的正常手枪弹头的速度衰减曲线和实验速度衰减曲线相差很小。对获得的结果进行比较可以得出结论:在低侵彻性和高杀伤性方面空尖弹是优于软尖弹的。同时,通过对空尖弹斜入水进行计算可以得出结论:空尖弹在斜入水的过程中其弹道将会发生相应偏移。

手枪弹对带UHMWPE软防护明胶靶标冲击效应的数值分析

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)防弹衣可以有效地阻止手枪弹的侵彻作用,但仍会对有生目标的机体产生非贯穿钝击伤,其详细机理尚不清楚。非贯穿钝击伤机理可以采用带防护的明胶模拟靶标进行研究,建立了手枪弹高速撞击带UHMWPE软防护明胶模拟靶标有限元计算模型,数值模拟了某7.62 mm手枪弹对带纤维软防护明胶靶标冲击响应过程,数值计算结果与实验结果基本一致,验证了有限元模型的正确性。研究结果掲示了在该7.62 mm手枪弹侵彻过程中,弹体速度、加速度变化规律、软纤维防护层的吸能比例和破坏特征;获得了明胶内瞬时空腔和压力波形成与发展规律,更进一步掲示了手枪弹非贯穿钝击作用力学机理。

典型小口径枪弹侵彻明胶压力波特性实验研究

为了研究典型小口径枪弹侵彻明胶时所产生压力波的传播特性,实验采用4℃,10%浓度配比,尺寸为30cm×30cm×30cm的明胶靶标。利用高速摄影和压力测试系统同步测试,获得了某5.56mm步枪弹在100m射距下侵彻明胶块的高速摄影图像和压力波曲线,揭示了小口径枪弹侵彻明胶过程中所产生的压力变化特性,结果表明,弹丸在高速侵彻明胶过程中失稳、能量瞬间转换产生了对人体致伤起重要作用的峰值压力和瞬时空腔,其后伴随着空腔的膨胀和收缩产生了脉动压力峰值。