舱内爆炸破片特性及其毁伤威力

运用非线性软件MSC/Dytran对反舰导弹在舰船舱内爆炸产生的高速破片载荷特性,包括破片初速、破片质量以及破片形状等进行有限元分析,并将数值模拟结果与经验公式计算值进行比较。通过破片高速侵彻一种初步设计的双层平板舱壁结构过程的动态模拟,确定破片能够穿透双层舱壁上下面板的临界质量;根据破片质量分布规律和双层舱壁结构的损伤情况,对破片的毁伤威力进行等级划分,为新型舰船舱壁结构的防护设计提供有效指导。

锥形头战斗部动态爆炸破片载荷特性分析

为探究锥形头战斗部在不同运动速度下破片的载荷特性,采用SPH仿真方法模拟锥形头战斗部壳体膨胀形成破片的过程和破片载荷特性,并与静爆试验结果对比,验证数值仿真模拟的准确性,研究锥形头战斗部不同运动速度对破片载荷特性的影响。结果表明,战斗部首端部由于截锥面的存在,提高了端部的破片分布区域,增加了战斗部破片的打击范围;战斗部壳体形成的破片初速度沿战斗部轴向呈现明显的阶梯形分布,基于此破片速度可分为四个区域:截锥壳体部、圆柱壳体中前部、圆柱壳体中部和圆柱壳体中后部;动爆条件下,随着战斗部运动速度的增加,尾端部壳体形成的破片初速度呈现出先减小后增大的不规则“V”形,破片飞散角受战斗部运动速度的影响较小,破片飞散方位角沿着战斗部运动方向移动。

周向六线起爆下杀伤战斗部的破片飞散特性

为简化起爆结构,提高引战系统可靠性,采用定向战斗部已有的周向六线起爆方式替代中心起爆,基于流体动力学理论对周向六线起爆下爆轰波的碰撞进行了理论分析,采用LS-DYNA进行了数值计算,并开展了战斗部样弹静爆试验。结果表明,相较于中心起爆,周向六线起爆条件下破片加速历程与其所在周向位置存在关联,并出现二次加速现象;在相邻起爆点对称面附近产生马赫爆轰波,局部压力可达44.2GPa,并在战斗部中心汇聚,中心处压力可达100GPa以上;轴向多点起爆改善了端面稀疏波的影响,破片速度得到提升,轴向破片速度一致性明显提高;破片飞散初速数值计算与试验结果误差在8.1%以内,不同区域破片初速增益可达4.6%~9.9%。表明周向六线起爆模式是替代定向杀伤战斗部中心起爆模式的有效途径。

线性聚焦式杀伤战斗部破片飞散特性及规律

线性聚焦式杀伤战斗部通过装药母线设计和破片排布设计,使破片等速线性飞散聚焦,可对目标造成结构性切割毁伤。为研究线性聚焦式杀伤战斗部结构参数对破片飞散聚焦行为的影响规律,采用流固耦合算法开展线性聚焦战斗部破片聚焦过程数值模拟。数值模拟结果揭示线性聚焦式杀伤战斗部破片线性聚焦机理,典型线性聚焦过程包括破片驱动阶段、破片聚焦阶段、聚焦完成阶段和破片发散阶段。通过数值模拟获得战斗部尺寸、破片排布、破片质量以及交汇速度对破片飞散特性和穿孔分布的影响规律。研究结果表明:随装药长度从0.3 m增加至0.5 m,破片速度标准差从125 m/s增加至147 m/s,聚焦完成时间分别为490μs、585μs和590μs,穿孔分布宽度从135 mm增加至234 mm;随破片排布从15列增加至18列,破片速度标准差从117 m/s增加至125 m/s,聚焦完成时间分别为470μs和490μs,穿孔分布宽度分别为235 mm和135 mm;随破片质量从4.08 g增加至9.21 g,破片速度标准差从137 m/s降低至125 m/s,聚焦完成时间分别为380μs和490μs,穿孔分布宽度分别为156 mm和135 mm;随交汇速度从0 m/s增加至1 000 m/s,聚焦完成时间分别为490μs、480μs和469μs,穿孔分布宽度从135 mm增加至138 mm,破片密度从640枚/m^(2)降低至630枚/m^(2),降幅约2%。研究结果能为聚焦战斗部设计提供支撑。

近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯复合舱壁结构毁伤特性实验研究

为提高近距爆炸破片作用下夹芯结构的毁伤机理和防护能力,采用梯恩梯和预制破片开展了近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯结构的联合毁伤实验研究。揭示了破片的载荷特性,分析了芳纶纤维夹芯结构中各层结构的破坏模式,探讨了其抗毁伤机理,并与文献[14]中典型夹芯结构的防护能力进行了对比和排序。结果表明:夹芯防护结构中芯层起到了毁伤载荷的"中介"转化作用;通过对后面板撞击挤压,把着靶面积小、作用时间短且破坏能力强的破片点载荷转换为作用面积大、持续时间长的压力面载荷,扩大了载荷作用范围。综合材料质量和防护能力来看,气凝胶毡隔温层/高强聚乙烯夹芯结构防护能力优于芳纶纤维夹芯结构。

基于战斗部微圆柱分析的破片飞散特性研究

基于战斗部的微圆柱方法分析了一端起爆情况下爆轰波对破片微元的驱动飞散机理。通过联合同样基于战斗部微圆柱的破片初速端部修正方法,得到了一种基于微圆柱的破片飞散方向沿战斗部轴线分布的计算方法。并基于扇形靶板及经纬度试验测试分析方法,开展了战斗部破片飞散方向的试验研究。验证了该基于微圆柱的战斗部破片飞散方向计算方法的准确性。破片飞散特性研究对于深入开展战斗部破片飞散方向的控制与应用研究提供了重要的参考依据。

内衬对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提高杀伤战斗部破片轴向杀伤威力,基于Shapiro公式,改进杀伤战斗部内衬曲线,设计了破片飞散角为5°和9°杀伤战斗部。使用LS-DYNA有限元软件和ALE算法,对破片飞散过程进行了数值仿真计算,进行了战斗部原理样机静爆试验,证实了内衬曲线的合理性,分析了内衬曲线形状及厚度对破片飞散特性的影响。结果表明:飞散角试验值及仿真计算值与理论设计值误差在8%之内;破片飞散角设计值越小,内衬曲线曲率越大,破片初始飞散速度越小;适当增加内衬厚度,破片初始飞散速度增大,破片飞散角减小。

波形控制器对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提升杀伤战斗部破片轴向飞散的集中度,提高战斗部的轴向杀伤威力,提出使用波形控制器控制破片的飞散方向。基于爆轰波在波形控制器界面发生反射的规律以及Shapiro公式,设计了波形控制器的形状,使用LS-DYNA有限元软件和ALE(arbitrary Lagrange-Euler)算法对破片的飞散过程进行数值计算,结合战斗部原理样机静爆试验,验证了使用波形控制器改善破片飞散特性方法的合理性。对比了有无波形控制器时破片飞散过程的差异,对无波形控制器以及波形控制器材料分别为尼龙、聚氨酯和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)时杀伤战斗部的破片飞散速度和破片飞散角规律进行了分析。结果表明:波形控制器可以减小战斗部中心和两端位置的破片飞散速度大小差异,使中心到两端位置的破片飞散方向角变化均匀,破片在轴向的分布更加均匀;不同材料的波形控制器对破片飞散特性影响不同,波形控制器的使用减小了破片飞散角,增大了破片分布密度,提升了破片飞散的集中度。破片飞散角数值计算值与试验计算值误差在6.53%之内,与无波形控制器的杀伤战斗部原理样机相比,含波形控制器且材料为尼龙、聚氨酯和PTFE的战斗部原理样机破片飞散角分别减小了40.00%、 44.00%和46.67%。

聚焦式战斗部破片轴向飞散控制技术

为研究聚焦式战斗部在炸药驱动下破片的轴向飞散特性,提高其轴向杀伤威力,以Shapiro公式为理论指导,对聚焦式战斗部壳体母线进行设计,并对战斗部装药结构进行优化改进。利用LS-DYNA有限元程序及ALE算法对战斗部的爆炸过程进行模拟,以破片轴向分布为指标,对装药结构、壳体母线曲率与破片飞散特性的关系进行了分析。结果表明,"工"字形圆台装药和壳体母线曲率能够有效控制战斗部破片的轴向飞散,并得到了圆台的合理高度。此结果对于深入开展战斗部的破片飞散方向控制及应用研究提供了重要参考。

爆炸破片对LPG储罐的影响因素分析

运用ANSYS/LS-DYNA数值软件模拟液化石油气爆炸产生的破片撞击临近的LPG储罐的破坏过程。考虑入射角、接触面积、破片质量等因素,应用LS-PREPOST后处理软件对破片的侵彻过程、速度变化和影响破片撞击效果的破片特性做了相应分析,得出的结论对LPG储罐的布局及安全管理具有指导意义。

梯形截面战斗部预制破片爆炸飞散数值模拟

研究梯形截面杀伤战斗部预制破片飞散特性规律,为梯形截面杀伤战斗部的设计提供参考。运用ANSYS/LS-DYNA软件建立了5种不同形状梯形截面杀伤战斗部模型,并进行了爆炸驱动预制破片的数值模拟,得到了破片分布规律、梯形面上破片飞散速度、不同起爆点破片的飞散特性。结果表明:4个梯形面上的破片形成了4个破片束,下面破片飞散角最大,可达105°,梯形斜面上的破片飞散方向相对于斜面法向朝梯形下方偏转,最大偏转34.5°。θ为60°之前,梯形面上的破片平均速度随着θ的增大提高了8.6%,梯形下面破片平均速度大于梯形上面。θ过大会降低梯形下面和斜面上破片平均速度。梯形斜面上最大速度破片位于斜面上部。梯形对称轴上不同位置的起爆点对梯形面上破片周向飞散角和斜面破片偏转角影响不大,但是可以提高对侧方向破片飞散速度,下面破片增幅达3.7%。θ为45°、起爆点设置在梯形上面可使下面破片获得最大的杀伤威力。

预制破片冲击起爆裸炸药的理论分析

为了研究球形、圆柱形和正多棱柱形预制破片冲击起爆裸炸药的规律,利用Mathcad软件,基于Held高能炸药冲击起爆u2 d判据进行了理论计算与分析,着重比较了破片的质量、密度、形状、长径比、棱数等对冲击起爆裸炸药特性的影响,并与AUTODYN的仿真结果进行了比较。结果表明:对于球形破片,直径一定时,破片密度增大,质量增加,起爆能力增强;相同材料和直径的球形破片与长径比为1的圆柱形破片相比,圆柱形破片的起爆能力优于球形破片。对于圆柱形和正棱柱形破片,密度和质量一定时,随着长径比的增加,破片的起爆能力下降;正棱柱破片的棱数增加时,起爆能力降低,当棱数趋于无穷时,效果趋近于相应的圆柱形破片。