破片冲击作用下油箱动力学响应行为实验研究

研究了破片冲击作用下的油箱动力学响应行为.通过开展弹道冲击实验,使用高速摄像机对实验过程进行记录,利用三维数字图像相关技术测试了后壁板的响应历史,分析了油箱在不同破片入射速度下的毁伤形式及动态响应行为.结果表明:当破片以955~1 667 m/s的速度冲击油箱时,前壁板的损伤形式为圆形孔洞,后壁板损伤形式为花瓣形破口;随着破片入射速度的提升,后壁板的动态响应速度和应变水平都有了显著提升;后壁板的动态响应主要包括后壁板中心区域塑性变形和后壁板整体变形两个阶段;随着后壁板变形程度增大,在对角线和板边位置处产生了塑性铰线.

破片冲击作用下地铁车辆车轮结构变形研究

为探索破片冲击作用对地铁车辆车轮廓形表面变形的影响,本文建立了破片冲击车轮侧面、车轮踏面和车轮轮缘的有限元模型。通过圆柱形破片冲击车轮的仿真计算,得到了破片在不同位置以不同速度冲击车轮后车轮各表面的变形量,经过分析确定了造成车轮变形量最大的破片冲击位置和破片冲击速度。利用最终结论,结合地铁车辆日常检修中对车轮廓形的要求,得出了车轮防护的重点区域和车轮防护的性能要求,同时对战时车轮快速检修标准提出了新的建议。

破片冲击起爆屏蔽B炸药比动能阈值研究

为了研究破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值,采用六棱柱和圆柱钨合金破片冲击带有40Cr炸药盒的B炸药,并测量了B炸药的速度阈值。根据比动能的计算方法,得到破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值范围。运用Autodyn-3D软件和点火增长Lee-Tarver模型,计算了两种破片在垂直侵彻和最大迎风面积两种状态下的比动能阈值,重点研究了最大迎风面积状态下破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值随长径比的变化规律。结果表明,六棱柱破片的比动能阈值低于圆柱破片;随着长径比的增加,破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值先增加后减小。

固体火箭发动机破片冲击起爆阈值计算

固体火箭发动机在机械冲击、爆轰冲击等意外激励的作用下,存在意外引燃甚至爆炸的可能性。对破片冲击固体火箭发动机进行试验,利用有限元方法对破片冲击固体火箭发动机过程进行数值模拟。进一步计算不同工况下破片冲击发动机的起爆阈值,分析影响破片冲击发动机起爆阈值的因素。计算结果表明,发动机壳体、绝热层厚度增加,破片冲击发动机起爆阈值升高,且壳体厚度增加带来的起爆阈值升高更显著;钢破片冲击铝合金壳体起爆阈值小于钢破片冲击钢壳体,小于铝合金破片冲击铝合金壳体;球形破片冲击发动机起爆阈值远高于立方体破片和平头圆柱破片;破片长宽比H/L增加,破片冲击发动机起爆阈值升高。

基于自适应FEM-SPH耦合算法的飞机典型部位破片冲击战伤的数值研究

针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件,结合有限单元方法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)两者的优势,建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法,并构建2种飞机典型部位的计算模型,采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟,并进行试验来验证数值模型;开展了一系列高速冲击战伤模拟,对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌,并对破片的剩余速度和质量进行分析,确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明:自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好,能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟;碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长,冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向;碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系;破片的速度减少量不随初始速度变化,质量减少量则与冲击速度正相关,两者与冲击角度都负相关;破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。

展宽机织复合材料破片高速冲击仿真模拟研究

本文基于数值仿真方法研究了展宽平纹机织复合材料平板在金属破片高速冲击载荷作用下的失效行为。在显示动力学求解软件LS-DYNA®中建立了平纹机织复合材料的宏观精细化有限元模型,通过多尺度分析计算得到单层机织复合材料的等效力学性能,采用经典的Chang-Chang失效准则评估复合材料靶板的冲击损伤和失效行为。通过平板高速冲击试验确定了材料在特定冲击条件下的临界穿透速度范围和典型破坏模式,并与数值仿真结果对比,验证了数值模型的准确性。在此基础上,采用所构建的冲击仿真模型研究了平纹机织复合材料在不同冲击速度(0.1~0.8 km/s)载荷下的侵彻失效特性。研究结果表明:展宽机织复合材料平板在承受高速冲击载荷过程中,中间层受压缩损伤区域较小,靠近边界层损伤区域较大;随着冲击速度的增加,机织复合材料平板受压缩损伤区域减小;在冲击速度为0.2~0.8 km/s下,平板吸收能量与破片冲击速度呈近线性关系。

冲击波与破片对波纹杂交夹层板的联合毁伤数值研究

通过有限元软件LS-DYNA模拟了波纹杂交夹层板在冲击波与破片联合作用下的响应过程,研究了炸药当量、载荷类型和填充方式对波纹杂交夹层板变形与失效模式的影响,并与实体板、间隔板和波纹夹层板的抗联合毁伤性能进行了对比,讨论了波纹杂交夹层板的能量吸收特性。数值计算结果表明:与冲击波单独作用相比,破片群单独作用和冲击波与破片联合作用对结构造成的毁伤更为严重;当药量较小时,波纹夹层板和波纹杂交夹层板的抗联合毁伤性能优于实体板与间隔板,波纹杂交夹层板的抗联合毁伤性能从全填充、迎爆面填充到背爆面填充逐渐降低;当药量较大时,所有结构均产生破口失效;在能量耗散方面,冲击波单独作用时以波纹芯层吸能为主,破片群单独作用和冲击波与破片联合作用时以上面板吸能为主。

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明:夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。

狗中度冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点研究

本研究初步探讨了狗中度冲击伤复合单侧后肢高速破片伤的致伤特点。结果表明,冲击伤,破片伤及两者复合伤后PaO_2均有降低,而PAP则有所升高,以复合伤后变化的幅度最大。且复合伤后24h肺体指数与肺含水率明显高于冲击伤后及破片伤后。形态学的改变显示:复合伤动物多数发生重度肺损伤,冲击伤动物多数为中度肺损伤,而破片伤动物仅少数出现轻度肺损伤。结果提示:狗肢体高速破片致伤对中度冲击伤的肺损伤具有加重作用。

破片与冲击波联合作用下多孔泡沫铝夹芯复合材料板的防护性能

多孔泡沫铝钛合金板不仅克服了传统防护结构质量大、运输不便等缺点,还具有耐疲劳、比强度高等优点,对抗爆防护材料轻质化、高效化具有十分重要的意义。采用有限元仿真分析软件LS-DYNA,对夹芯复合材料板在冲击波与破片联合作用下的失效模式和防护性能展开了数值模拟,对比分析了不同排列方式下泡沫铝夹芯结构对背板变形程度的影响。结果表明:在40 cm爆距下,破片会先于冲击波对靶板进行作用,且破片载荷强度远大于冲击波载荷强度;当厚度方向的结构按照“1 mm厚钛合金面板+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚纤维+1 mm厚钛合金背板”排列时,背板变形位移最小,结构总内能最高,分别为13.9 mm和52.7 kJ,此工况可以更有效地降低结构整体变形程度,吸收面板变形所产生的能量。

破片撞击下YAG 透明陶瓷复合靶的破坏特性

YAG透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能,是武器装备透明部分的优秀防护材料,在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景。冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要,能为透明复合靶设计提供依据。为获得YAG透明陶瓷多层复合靶的冲击破坏特性,利用内径9 mm的气体驱动发射平台进行了碳化钨球形破片在20~310 m/s速度下撞击YAG透明陶瓷复合靶的实验,通过高速摄影捕捉的陶瓷表面损伤演化过程,计算了典型径向、环向裂纹扩展速度。通过观测回收的靶体和YAG碎片的宏细观破坏特征,分析了撞击速度与靶体破坏特征之间的联系。结果表明,YAG陶瓷层径向裂纹和环向裂纹扩展速度均随着时间的延长线性降低,且裂纹扩展速度几乎不受撞击速度影响。陶瓷层中心粉碎区面积随撞击速度的提高而增大,且中间玻璃层破坏区域面积与陶瓷锥底面积相关联,陶瓷锥角与撞击速度关联性不强。同时,观察到陶瓷层在冲击破坏过程中出现了裂纹簇,获得了裂纹簇数量与破片撞击速度之间的关系,分析了裂纹簇的特征及其成因。裂纹变向、应力波作用会显著影响细观断面破坏特征。径向、环向和锥裂纹中沿晶断裂的比例均随着裂纹扩展距离的增大而增加,且穿晶比例随着撞击速度的提高而增加。

内爆作用下舱室结构毁伤数值模拟研究

为研究内爆作用下,不同毁伤源形式对火箭发动机舱室的破坏效应,利用LS-DYNA软件建立舱室全尺寸模型,并基于ALE流固耦合算法实现不同工况下(1.5 kg TNT当量下单冲击波、1.5 kg TNT当量下冲击波-破片耦合、15 kg TNT当量下单冲击波、15 kg TNT当量下冲击波-破片耦合),冲击波和破片对舱室的毁伤仿真。研究结果表明:1.5 kg TNT当量下,爆源处未产生壳体破片,单冲击波较冲击波-破片耦合作用对舱室破坏更严重,主要以舱室底板出现破裂孔洞为主,冲击波-破片耦合作用下底板只发生局部变形;当量升至15 kg TNT时,2种破坏模式下舱室整体均发生严重破坏失稳,但冲击波-破片耦合较单冲击波,其破坏时间提前,破坏时长缩短,毁伤面积变大;在各工况下由于应力集中,柱段与底板连接处均最先断裂,并向底板和柱段发展,其中与爆源最近的底板破坏相对更严重。因此,可将底板及其与柱段连接处视为舱室薄弱点,研究结果可为舱室内爆毁伤评估和局部防护研究提供一定参考。

低易损推进剂机械刺激下的试验、机理、配方的研究进展

基于我国的低易损推进剂试验和理论研究工作相比于国外起步较晚,尤其是子弹冲击、破片冲击、聚能射流冲击等机械刺激作用下的低易损研究,受到试验条件和评估标准的限制更为严重,研究的滞后性尤为突出。为了给后续研究工作提供一些帮助,总结了三个方面的研究进展。一是低易损推进剂子弹冲击、破片冲击、聚能射流冲击的试验结果;二是低易损推进剂在机械刺激下的响应机理;三是低易损推进剂的配方研究工作。最后提出了几点建议,希望对国内的相关理论研究和生产实践有所帮助。