混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性评估

为研究混凝土墩体在聚能侵彻体作用下的易损性,采用试验与数值模拟相结合的方法对混凝土墩体在杆式射流(jetting projectile charge,JPC)和爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)两种聚能侵彻体作用下的易损性进行了评估。结果表明:当聚能侵彻体打击混凝土墩体顶面或侧面时,会形成近似圆形或带缺口的近似椭圆形的毁伤区域,打击位置越靠近毁伤区域中心,墩体毁伤越严重;聚能侵彻体垂直打击墩体顶面或沿水平方向打击墩体侧面时,毁伤区域的中心分别与墩体顶面中心和侧面的几何中心重合;斜上方打击墩体侧面时,JPC和EFP对应的毁伤区域中心分别下移约27.8 cm和28.2 cm;斜下方打击墩体侧面时毁伤区域中心分别上移约26.5 cm和28.7 cm;沿水平方向打击墩体侧面时,更易使墩体出现重度毁伤;相同打击条件下,JPC对混凝土墩体的毁伤效果优于同口径装药的EFP。

聚能侵彻体作用下钢-CFRP层合板的防护性能

碳纤维增强复合材料(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)具有优越的抗侵彻性能,正逐渐应用于舰船抗爆抗冲击防护设计。为了研究钢-CFRP层合板在聚能侵彻体作用下的防护性能,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立聚能装药空中爆炸对钢-CFRP层合板破坏的数值模型,探究聚能装药的空中爆炸载荷特性及其对钢-CFRP层合板的毁伤机理。采用等面密度方法,设计了CFRP作为面板、背板和夹芯层时多种钢-CFRP层合板形式,通过侵彻后侵彻体头部降速以及层合板破口大小,讨论了CFRP敷设位置对层合板防护效果的影响,给出了较优的敷设形式。在此基础上,对层合板的厚度进行优化。结果表明:CFRP-钢-CFRP夹芯结构在聚能侵彻体作用下的防护效果最佳,较佳的厚度比为4.0∶1.4∶4.0。

一种形成尾翼型聚能侵彻体新方法的实验研究

尾翼可以提高聚能侵彻体的飞行稳定性,如何形成有一定规律性的尾翼在聚能侵彻体的研究中具有重要意义。在药型罩上粘附隔板,利用隔板改变爆轰波波阵面的结构形状,使药型罩上的爆轰压力发生规律变化,从而发生规律性的变形,最终形成带有尾翼的聚能侵彻体,这是一种新的形成尾翼的方法。从药型罩微元压垮速度变化和药型罩表面爆轰压力变化的角度出发,对新方法形成尾翼的机理进行了初步探讨。通过合理设计隔板的几何尺寸对该方法形成尾翼型聚能侵彻体进行试验,试验回收到了带有尾翼的聚能侵彻体,说明新方法形成尾翼具有一定的可行性。

不同的环形起爆位置对球缺型药型罩形成聚能侵彻体的影响研究

基于ANSYS/LS-DYNA商用软件仿真计算了球缺药型罩形成不同形态爆炸成型弹丸(聚能侵彻体)的过程,并得出聚能侵彻体基本稳态时的速度及聚能侵彻体伸长量的变化规律,通过调整不同的起爆环位置尺寸,获得聚能侵彻体速度及伸长量的变化规律,为工程设计提供参考。

多层聚能侵彻体成型数值模拟

为进一步提高爆炸成型弹丸(EFP)的侵彻深度和破甲后效,药型罩采用3层偏心亚半球结构,利用ANSYS/LS-DYNA软件对3层偏心亚半球罩聚能战斗部侵彻体成型过程进行数值模拟,具体分析了曲率半径、壁厚、材料等因素对其成型的影响规律。研究结果表明:采用3层药型罩结构可以形成前后分离的串联EFP战斗部,当药型罩材料为紫铜,曲率半径与装药直径比值为0.9,药型罩总壁厚为6mm,外、中、内3层药型罩的壁厚比值为1:3:2时,侵彻体成型效果较好。

掘进武器系统前级聚能侵彻分析

为了增加常规钻地弹的侵彻深度,串联随进战斗部应运而生。掘进武器系统采用掘进装置结合前级聚能侵彻完成运载战斗部的任务。对前级聚能射流侵彻混凝土的过程和与侵彻相关计算进行了论述,最后采用LS-DYNA软件模拟了聚能装药金属射流侵彻混凝土靶的过程,得出了射流形成的过程以及相应的侵彻现象。数值模拟结果表明,前级聚能装药能够有效地完成侵彻任务,保证了掘进装置的顺利工作,使主战斗部摧毁目标。

网格密度对聚能侵彻体成型有限元仿真的影响

针对仿真模型的网格密度对聚能侵彻体成型的影响问题,通过LS-DYNA仿真软件和X光成像试验的对比研究,得到了网格密度对毁伤元EFP和JPC速度、长径比等成型参数的影响规律。结果表明,当取装药网格尺寸为0.024倍装药口径时,满足聚能侵彻体成型计算精度的药型罩轴向网格尺寸应为0.4～0.6倍装药网格尺寸。

环形多点起爆精度对聚能杆式侵彻体成型的影响

针对环形多点起爆网络在多模成型装药上的应用问题,利用LS-DYNA程序,通过改变延迟时间和延迟点数,研究了6点起爆网络起爆同步精度对形成侵彻体的速度、长径比等参数的影响规律,并找出了引起侵彻体弯曲变形的主要原因——横向速度梯度的变化规律,得到了延迟时间在200ns以内可使形成的侵彻体不发生弯曲变形,成型参数基本不变。进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。本文就药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响进行研究,根据射流形成理论分析得到了射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角之间的关系,并采用观察不同锥角的药型罩结构所形成的侵彻体,在远距离飞行下的断裂情况,来验证射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角的关系,实验结果表明射流微元头尾速度比随着压垮角的增大而增大,与理论分析吻合。

飞片起爆条件下聚能杆式侵彻体成型数值模拟

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。要获得比较理想的聚能杆式侵彻体,其设计的关键是药型罩材料、药型罩几何结构和爆轰波波形控制等。采用VESF起爆系统来控制爆轰波波形,通过调节VESF起爆系统参数,计算聚能杆式侵彻体成型,计算结果表明,采用VESF起爆系统能杆式侵彻体头部速度提高了21.7%,与实验结果相比,侵彻体头部速度误差为4.1%,侵彻体尾部速度误差为8.1%左右,形成的侵彻体形态相同,实验结果与数值计算基本一致。

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体影响的数值分析

为研究药型罩锥角对聚能杆式侵彻体的影响,运用AUTODYN软件建立聚能装药模型,对90?~130?大锥角药型罩形成的聚能杆式侵彻体进行数值模拟。建立装药结构有限元模型,研究不同锥角药型罩形成的聚能杆式侵彻体在同一时刻、同一炸高下的成型情况,分析在5倍装药口径炸高条件下聚能杆式侵彻体对均质靶板的侵彻情况,得到在装药口径和高度一定的前提条件下,药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型参数的影响规律。研究结果表明:药性罩锥角在100?~110?时,形成的聚能杆式侵彻体具有较好的连续性、稳定性与侵彻性能,可为聚能杆式侵彻体战斗部的设计及应用提供参考。

起爆方式对双模串联毁伤元成型及侵彻性能影响的数值模拟

针对同一成型装药形成多模式毁伤元问题,设计了一种同轴放置的三层球缺药型罩战斗部。运用软件ANSYS/LS-DYNA对不同起爆方式下三层球缺药型罩形成不同模式的毁伤元进行数值仿真,对比分析了它们的成型及侵彻性能。结果表明:在该成型装药下,通过改变起爆方式,可以得到爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)两种不同模式的毁伤元;其中,三层串联JPC的长径比是三层串联EFP长径比的3. 4倍,且头部速度提高40. 9%。两种模式的毁伤元均可穿透5层15 mm厚的间隔钢靶板,但三层串联JPC穿透靶板后的剩余头部速度较三层串联EFP提高53. 5%,且它的剩余动能是三层串联EFP的11. 4倍。与三层串联EFP相比,三层串联JPC的飞行速度更高、长径比更大、侵彻能力更强。可为不同模式的多层毁伤元研究提供基础。

锥形药型罩壁厚对形成侵彻体特性的影响

为获得锥角药型罩壁厚对形成侵彻体特性的影响,在战斗部其他参量不变的情况下,针对不同的锥形药型罩壁厚建立计算模型,应用LS-DYNA数值仿真软件对侵彻形成过程进行仿真,结果表明对于一定锥角的大锥角药型罩,随着壁厚的增加所形成侵彻体头部速度和头尾速度差增大,所形成的侵彻体由EFP逐渐过渡为高速杆直至射流,为多模聚能战斗部的结构设计提供参考。

装药长径比对聚能杆式侵彻体成型的影响

运用LS-DYNA仿真软件模拟了聚能杆式侵彻体的成型,并通过X光成像试验进行了验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好.分别研究了同一时刻、同一炸高及断裂时刻,不同装药长径比聚能杆式侵彻体的成型情况,找出了获得较佳聚能杆式侵彻体的装药长径比为0.9～1.2.研究结果表明,当装药长径比超过1.2,再增加装药长径比对聚能杆式侵彻体头部速度影响很小;装药长径比大于0.9以后聚能杆式侵彻体的飞行稳定性较佳.

壳体厚度对聚能杆式侵彻体成型的影响

采用环形多点起爆方式形成聚能杆式侵彻体,运用LS-DYNA仿真软件,研究了壳体厚度对聚能杆式侵彻体速度、长径比等成型参数的影响规律,找出了获得较佳聚能杆式侵彻体的壳体厚度最佳值。结果表明,当壳体厚度与装药直径的比值为0.04～0.06时毁伤元成型比较好,并得到了壳体厚度对毁伤元成型参数的影响规律曲线。同时,采用X光成像试验进行了验证,试验结果与数值模拟结果吻合较好。

基于双层药型罩成型装药的串联EFP

为了研究双层药型罩形成的串联EFP,设计了4种不同材料组合的双层药型罩,利用X光获得了串联EFP形成过程的照片,并开展了相应的数值模拟。发现具有合适结构和药型罩材料的双层药型罩可以形成串联聚能侵彻体,药型罩材料组合和起爆位置对串联聚能侵彻体的形成具有较大的影响。

空地导弹对飞机掩蔽库的毁伤效能评估

针对典型飞机掩蔽库目标,研究空地导弹对两种不同停放方式飞机的毁伤效能评估方法。首先定义了飞机的毁伤等级,其次构建了聚能侵彻战斗部对飞机掩蔽库的毁伤模型。最后通过蒙特卡罗仿真方法研究空地导弹对掩体内停放飞机的毁伤效果,并且计算了导弹的杀伤概率。仿真结果表明所建模型和采用的评估方法具有较强实用性和可操作性。

药型罩结构参数对多模毁伤元形成的影响

运用LS—DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对侵彻体形成的影响规律．对于起爆方式为中心点和不同位置的环形起爆，通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角，对比分析了形成的侵彻体的性能，得出弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响规律．结果表明，弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角存在最优值，圆孤曲率半径在45～55mm、锥角在145°～155°范围内取值较好．优化设计了一种成型装药结构，并进行了试验验证，试验结果与数值模拟结果吻合较好，为进一步研究多模成型装药提供了参考．

药型罩材料对JPC成型的影响

运用LS-DYNA模拟软件研究了药型罩材料对聚能杆式侵彻体(JPC)成型的影响。通过对铝、铁、铜、钽、钨JPC的统计分析,得出材料密度和延伸率对JPC头部速度、长径比等参数的影响规律。结果表明,随着从铝到钨材料密度以及延伸率的减小,JPC头部速度降低69%,长径比降低75%,鉴于JPC的这两个参数,铜、钽是作为JPC成型的较好材料,而铜最佳,铝易断裂、易气化,铁和钨不能够得到充分拉伸,均不适合JPC的成型。对铜药型罩进行了试验验证,试验结果与模拟结果较吻合。

炸药材料性能参数对JPC成型的影响

为了研究炸药对JPC成型的影响规律,运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,分别对PETN、SEP、TNT、B炸药8、701共5种不同炸药组成的成型装药所形成的JPC进行了数值仿真研究,得出了炸药的密度、爆速和爆压对杆式侵彻体速度、长径比等成型参数的影响规律。研究结果表明,当炸药材料密度从1.26 g/cm3增加到1.78 g/cm3时J,PC侵彻体长径比增加了78%,头部速度增加了45%。试验得到了8701炸药环形多点起爆形成JPC的X光照片,试验结果与仿真结果较吻合。