钨合金杆式弹穿甲侵彻开坑阶段绝热剪切失效的数值模拟

为深入研究钨合金杆式弹芯在穿甲侵彻过程中的失效机制,利用LS-DYNA3D动力学软件对侵彻开坑阶段的塑性变形演化和绝热剪切失效进行数值模拟。侵彻开坑阶段,弹芯头部首先形成蘑菇头,随后在蘑菇头后端帽檐处和最前端鼻尖处分别形成绝热剪切失效;得到剪切带内的等效塑性应变、应力状态和温度变化等特征参量,并分析了剪切失效对弹芯侵彻性能的影响。侵彻开坑阶段虽然时间很短,弹芯的受力状态变化较快,蘑菇头最前端的绝热剪切失效可能造成弹芯侵彻的瞬间停滞而对侵彻性能起消极作用。

基于无网格Galerkin法的穿甲侵彻数值模拟

将无网格Galerkin法与LS-DYNA软件相结合,建立了穿甲侵彻的分析模型,对三维球形弹体侵彻双层无限大钢靶板进行了数值模拟,解决了该过程中出现的负体积现象,并将结果与空穴膨胀理论和有限元法进行了对比,所得结果证实了无网格Galerkin法在模拟穿甲侵彻时的可行性与优越性。

钛合金穿甲侵彻损伤行为研究现状

钛合金因其具有比强度高、抗弹性能优异等特点,在装甲防护领域具有广阔的应用前景。在实际服役中,装甲会不可避免地受到损伤,这要求钛合金有较好的抗弹性能,开展钛合金穿甲侵彻损伤行为研究十分必要。研究综述近年来国内外钛合金穿甲侵彻损伤的研究情况,从穿甲过程、宏微观损伤特性、失效机制、存在的问题等4个方面进行简要的论述,讨论钛合金装甲研究存在的问题。结果表明:装甲的损伤形式与侵彻方式、组织等多方面的因素有关,该研究在应力波传播特性、损伤区域的定量表征、微观损伤与典型组织表征与评价、抗弹性能的关键因素及优化设计等方面仍有不足。穿甲侵彻损伤行为的研究为钛合金装甲工程化应用提供借鉴。

钨合金杆侵彻过程中的塑性流动及热软化行为

针对钨合金杆穿甲侵彻过程中的塑性变形流动及热软化机制,对高速侵彻嵌入装甲钢中的残余弹体进行微细观组织观测,利用LS-DYNA动力学软件对钨合金杆侵彻装甲钢过程中的温度分布特性进行了数值模拟,并基于MJC本构模型讨论了热软化参数对钨合金杆侵彻性能的影响。结果表明,侵彻过程中弹靶接触区域巨大的冲击压力造成钨晶粒被严重压扁,塑性变形功转化为热量使钨晶粒发生热软化并沿径向流动形成蘑菇头。绝热剪切主要沿蘑菇头飞檐处形成并演化为层片状失效脱落。钨合金弹芯材料的热软化行为对侵彻过程中的塑性流动及侵彻效率有重要影响,当热软化行为表现为低温敏感性时,弹芯蘑菇头塑性影响区厚度降低,弹尾存速增加,从而提高侵彻效率。

杆式穿甲弹侵彻靶板时弹坑表面熔化快凝层研究

钨合金杆式穿甲弹高速侵彻装甲靶板时,在弹孔表面会产生很薄的＂熔化快凝层＂。为了进一步研究熔化快凝层的形貌特征和形成机理,对小口径钨合金杆式穿甲弹垂直侵彻30Cr Mn Mo装甲钢板产生的弹坑表面,进行了扫描电镜观察及能谱分析,并利用LS-DYNA对弹、靶作用区的温度场进行数值模拟。结果表明：熔化快凝层的成分包含弹芯材料W、Ni、Fe和靶板材料Fe、Cr、Mn.其中钨在熔化快凝层中以两种晶粒形式存在,较大的呈扁状细长形,长度为几个到几十个微米;较小的呈球状弥散分布在基体内,直径为100-400 nm.还发现杆式弹芯头部的质量消耗是以＂溶解破碎＂形式发生。对＂熔化快凝层＂的研究可为深入分析钨合金杆式弹穿甲机理提供依据。

用移动元胞自动机法模拟杆式穿甲弹长细比对侵彻过程的影响

用移动元胞自动机法(movable cellular automata,MCA)计算了质量和速度相同、长细比不同的杆式穿甲弹对侵彻过程影响的实例,计算结果与实验符合。移动元胞自动机法能较好模拟爆炸和高速穿甲侵彻中材料瞬间的变形、破碎和飞散过程。

脆性陶瓷靶高速侵彻／穿甲动力学的研究进展

近10年来,有关陶瓷的材料特性和陶瓷及陶瓷复合靶的高速侵彻／穿甲动力学研究已成为国际冲击工程界的热点研究领域。相关研究有着现实的军事需求和应用背景。国内在该领域的研究工作相对较少。本文着重给出陶瓷及陶瓷复合靶高速侵彻／穿甲动力学的国外研究现状。对陶瓷及陶瓷复合靶高速侵彻／穿甲的实验方法、作用机理和理论模型等进行综述,介绍空腔膨胀模型在陶瓷侵彻力学中的应用以及脆性材料高速侵彻效应中的失效波效应。文章最后给出近期可开展的工作建议。

块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切特性和侵彻/穿甲“自锐”行为

块体金属玻璃及其复合材料以其优异的力学、物理和化学性能,正成为国内外科技和工程领域的研究热点.特别是金属玻璃复合材料具有高剪切敏感性和剪切"自锐"特性,使其有可能成为新型穿甲弹芯材料,因而具有重要的军事意义.本文综述了针对块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切变形和断裂特性及高速冲击、侵彻/穿甲过程中剪切"自锐"行为等方面的研究进展,包括相关实验研究、理论分析及有限元模拟等,最后给出未来相关工作的一些建议.

动能深侵彻弹的力学设计(I):侵彻/穿甲理论和弹体壁厚分析

在作者先前工作的基础上,进一步明确了适合于动能深侵彻弹的撞击函数和弹体几何函数的有效范围,可用于相关弹体结构的力学设计。同时从理论上研究了弹体的抗压/拉和抗弯能力,分别从抗压/拉和抗弯两方面来确定动能深侵彻弹弹体的极限壁厚。针对不同撞击速度的细长中空弹体斜侵彻混凝土靶,分析得到不出现弯曲破坏的弹体最大临界斜角和壳体壁厚下限,并给出弹体抗弯能力的最薄弱位置。对弹体的壳体厚度、局部加固和焊接位置提出建议。

钨合金杆式弹侵彻45~#钢变形失效行为的数值分析

高速撞击条件下,弹、靶材料的变形失效机制是穿甲侵彻机理研究的重要内容,利用ANSYS/LS-DYNA动力学程序对钨合金杆式弹侵彻45#钢板进行数值模拟。结果表明,撞击瞬间,强压缩冲击波沿弹芯和靶板的撞击接触面分别向弹芯和靶板内部传递,波后的等效应力超过材料的强度极限,因而发生剧烈塑性变形甚至破碎。侵彻过程中,钨合金弹芯前端3mm～4mm处热软化效应显著,应力强度发生塌陷,导致塑性变形流动而形成"蘑菇头"。45#钢的破坏方式主要是延性扩孔,对应弹、靶材料的塑性变形较均匀,整个侵彻不发生绝热剪切局部化行为。

动能深侵彻弹的力学设计(Ⅱ):弹靶的相关力学分析与实例

介绍了作者关于动能深侵彻弹研究的部分工作。单纯动能弹侵彻存在侵彻深度上限,在技战术指标一定的前提条件下,弹体结构的优化可令动能深侵彻弹尽可能实现最大侵深。其中弹体结构的力学设计尤为重要,如弹形、弹材、质量比、长径比等。进一步开展弹体结构设计的力学研究,包括头部设计、战斗部后盖、装填比、弹形和弹材、侵彻效应中的尺度律、混凝土靶的设计,最后给出若干实例。

某小口径弹丸穿甲与静爆引爆TNT炸药研究

为了评价某小口径多用途弹丸的冲击起爆能力,采用分步试验,结合ANSYS LS-DYNA动力学分析软件,对该型弹丸的冲击起爆能力进行了研究。通过调整弹丸半径方向网格数量λ,建立了有效的弹丸穿甲计算仿真模型。对比仿真计算与试验结果,表明网格划分对计算结果精度影响较大。当λ>12时,仿真计算的临界击穿速度与试验值基本一致。在弹丸能够穿透钢板的基础上,对弹丸静态引爆炸药盒的试验研究,验证了该型小口径榴弹的冲击起爆TNT炸药能力。

细长薄壁弹体撞击钢靶屈曲的数值分析

动能深侵彻弹攻击坚硬目标时,可能会引起弹体的屈曲而导致战斗部的破坏。采用LS-DYNA3D软件,对细长薄壁弹体撞击中厚钢板的屈曲破坏进行了数值研究。数值模拟再现了各型弹体在不同撞击情形下的屈曲破坏过程,证明了实验观察得到的长、短型弹体动塑性屈曲破坏存在轴向皱褶型和轴向外翻撕裂型两种基本模式,相应的屈曲破坏存在不同的特征过载曲线。给出了相关的屈曲破坏机动场描述和比实验结果更丰富的过程分析。

STUDY ON EFP PENETRATION SIMULATION LAW

This paper analyses the geometrical analogue rules of explosively formed projectile (EFP) penetrating armours with the help of similarity theory, and establishes EFP penetrating armour simulation law. Based on the simulation law established here, prototype experiments and model experiments with the simulation ratio of 1.33 are designed, and the penetrating armour experiments with 45 # carbon steel plates are separately conducted. By means of data processing of experimental results, it is concluded that EFP penetrating armour simulation law established is tenable.

基于功能和效应的作战能力指标体系设计

在对现有作战能力定量研究成果总结分析的基础上,提出了从功能域和效应域建立多维度能力指标体系的思路及其框架设计。详细描述了军种、空间、任务链3种功能域指标分解方式,提出从杀伤、侵彻/穿甲、时空控制3个方面建立效应指标的构想,并简要分析了3类效应相关研究现状及指标构造的基本途径。

穿甲弹弹芯用非晶复合材料研究进展

穿甲弹的弹芯是穿甲弹的主体,弹芯材料的制备、成形及侵彻过程直接决定了穿甲弹的穿甲威力。非晶复合材料具有高的剪切"自锐性"和无毒性,是一种取代钨重合金和贫铀合金的新型穿甲弹弹芯材料。本文综述了非晶复合材料穿甲弹弹芯从制备到使用所经历的基体合金和增强体选材、成形出所要求的穿甲弹弹芯外形和穿甲侵彻三个阶段的国内外研究现状。并从这三个方面指出了进一步提高非晶复合材料弹芯穿甲威力的途径。

钨增强块体非晶复合材料的研究进展

钨增强块体非晶复合材料属于一种新型材料,具有高强度、高硬度和耐磨损等优质性能,而且还具有非常优越的穿甲性能,在国防军事上有广阔的应用前景。所以国内外学者对钨增强块体非晶复合材料的制备方法、准静态和动态的力学性能和侵彻穿甲方面进行了广泛的研究,研究表明,钨增强块体非晶复合材料的性能与增强相钨的形态、体积分数、直径、环境温度、应变速率等密切相关。本文综述了钨增强块体非晶复合材料的国内外研究现状,并对其制备方法、力学性能和侵彻穿甲性能3个方面在不同影响因素下的差异性进行了总结和归纳,同时对未来的研究工作和方向进行了展望。