聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶计算分析

根据已有的研究成果和理论,对聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶问题进行了计算分析.首先,根据材料状态随撞击速度的变化规律,建立了聚能杆式弹丸侵靶过程中的侵彻模式的判别准则.其次,基于静态球形空腔膨胀理论求解出混凝土靶体的强度参数,并将其应用于侵彻模式的判别.最后,采用量纲分析方法对高速弹丸侵彻厚靶的经验模型进行分析,并在前人研究成果的基础上建立了聚能杆式弹丸侵彻混凝土靶的经验公式.

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。

聚能杆式弹丸侵彻水夹层复合靶相似律分析

为降低聚能杆式战斗部研制成本,缩短研制周期,采用量纲分析方法对聚能杆式弹丸的成型以及侵彻水夹层复合靶板的相似律进行了分析。结果表明,当模型和原型战斗部结构、炸高及起爆点位置满足几何相似条件,且模型所用材料和原型相同,装药的起爆方式也相同,那么聚能杆式弹丸的形成过程便相似。最终形成的弹丸的速度相等,弹体相似。侵彻复合靶板的过程表明,模型和原型实验中的聚能杆式弹丸在相应厚度的水层中的速度损失相等;速度衰减率之比等于模拟比的倒数;弹丸对复合靶板的侵彻深度遵循相似律准则。实验结果验证了理论分析所得结论的正确性。

结构参数影响聚能杆式弹丸成型的数值模拟

应用LS-DYNA3D软件对聚能杆式弹丸的形成过程进行数值模拟,研究了药型罩外曲率半径、壳体厚度、外层炸药等因素对聚能杆式弹丸成型的影响规律,得出形成理想聚能杆式侵彻体的各参数之间的关系;并对比分析了钢壳和铝壳形成理想聚能杆式弹丸的条件差异;模拟结果可应用于轻型壳体的聚能杆式战斗部结构设计。

JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究

为了满足高侵深和大穿孔的要求,设计一种聚能杆式弹丸(jetting projectile charge, JPC),开展大尺寸钢筋混凝土墙的毁伤效应试验。在此基础上,基于修正参数的K&C(Karagozian&Case)模型进行数值模拟,研究JPC高速侵彻和爆炸冲击波对钢筋混凝土墙的联合破坏作用,分析墙体厚度对破坏效果的影响规律。结果表明,在1.67倍和2.50倍装药直径的炸高条件下,JPC均能够有效贯穿80 cm(6.67倍装药直径)厚的钢筋混凝土墙,形成直径大于6 cm(0.50倍装药直径)的柱状孔洞;聚能装药的多载荷毁伤特性决定了钢筋混凝土墙的破坏结果,爆炸冲击波能够加剧墙体正面开坑和背面崩落的破坏范围;墙体厚度对于墙体正面漏斗坑的直径与深度及内部侵彻孔洞直径均无显著影响;随着墙体厚度增大,背面漏斗坑直径逐渐减小,深度却逐渐增大。

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。

聚能装药侵彻水夹层复合靶实验的研究(英文)

设计了一种能形成聚能杆式弹丸的聚能装药结构,并使用该聚能装置进行了侵彻水夹层复合靶试验。结果表明,产生的聚能杆式弹丸在有效贯穿11mm厚的前置铝靶、3mm钢靶以及其后的650mm水夹层后,还贯穿多层后效钢靶,并在后效钢靶上形成了较大口径的侵孔。另外,炸高对聚能装药侵彻水夹层复合靶效果有较大影响,合适的炸高有利于提高对水夹层复合靶的破坏效果。

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。

铜、钼形成EFP和JPC毁伤元对比研究

为研究纯钼材料对爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式射流(JPC)成型的影响,基于EFP和JPC双模战斗部结构,设计紫铜药型罩、等体积钼药型罩和等质量钼药型罩3种研究方案,采用LS-DYNA软件和X光摄影试验对比研究钼毁伤元和铜毁伤元。结果表明:钼材料在JPC毁伤元成型过程中表现出良好的塑性性能;与铜罩相比,等质量钼JPC毁伤元速度提高10.5%,侵彻孔径提高1倍,钼EFP毁伤元密实度小,动能提高2.7%~5.9%,侵彻孔径提高9.2%,侵彻深度降低20%。

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．

爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元仿真与试验研究

针对钽材料在多模战斗部中的应用问题,开展爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元可行性研究。利用霍普金森压杆试验测试钽材料动力学性能,采用LS-DYNA有限元软件仿真研究钽药型罩结构参数(锥角、曲率半径、壁厚)对双模毁伤元(爆炸成型弹丸和聚能杆式侵彻体)成型的影响规律,找出了双模毁伤元成型较好的参数取值范围:锥角140°~150°,圆弧半径0.45~0.55倍装药口径,壁厚0.02~0.024倍装药口径;结合正交设计确定了钽药型罩战斗部最佳结构参数组合,并进行了X光成像试验。研究结果表明:成像试验结果与仿真结果吻合较好,误差均控制在15%之内;与紫铜药型罩相比,钽爆炸成型弹丸毁伤元实际侵彻深度提高55.4%,验证了钽适宜作为多模战斗部的药型罩材料。

药型罩材料性能参数对双模毁伤元成型的影响

针对不同药型罩材料在多模战斗部中的应用问题,研究了药型罩材料性能参数对双模毁伤元爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型的影响。基于Johnson-Cook本构模型,采用单一变量法改变材料参数取值,应用ANSYS/LS-DYNA软件仿真计算了材料特征参数对双模毁伤元成型的影响。对铝、铁、铜三种药型罩材料的毁伤元成型进行了X射线成像验证试验。结果表明,双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比随准静态下的屈服应力、应变硬化系数、应变率相关系数、温度相关系数、应变硬化指数取值的增加均呈指数递减。密度对双模毁伤元EFP和JPC头部速度影响最大。屈服应力、硬化系数对EFP毁伤元长径比影响最大。拟合获得了考虑材料性能影响的双模毁伤元头部速度及长径比计算公式。铝、铁、铜三种材料形成的双模毁伤元EFP和JPC的头部速度和长径比的计算结果与试验结果误差小于10%,显示二者结果吻合较好。

成型装药研究新进展

随着装甲技术以及灵巧弹药、多功能弹药和串联战斗部的发展,近期新型成型装药结构、技术及其应用研究活跃,取得了较好的进展。从射流装药、射弹装药、高速杆式弹丸装药3个方面就其新进展和新动向进行了调研、分析,并对成型装药发展趋势及潜在应用进行了评述。

优化设计多模战斗部球缺型药型罩结构

运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用中心点起爆和环形起爆的方式,对多模战斗部球缺型药型罩进行结构优化设计。选取球缺型药型罩结构参数曲率半径和壁厚仿真进行仿真计算,并对计算结果进行了Matlab三维作图分析。找出了形成多模毁伤元EFP和JPC最优区间所对应的药型罩结构参数范围,其中药型罩曲率半径取0.7～0.9倍装药口径。药型罩壁厚取0.40～0.56倍装药口径。进行了多模毁伤元成型试验研究,试验结果与仿真结果较一致,为今后进一步研究多模战斗部提供了参考依据。

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。

起爆环半径对三层串联药型罩成型影响数值模拟

为了探究起爆环半径大小对三层串联药型罩成型特征参数的影响规律,通过在同一圆周上设置多个起爆点的方式近似代替环形起爆,借助AUTODYN软件进行数值模拟,对比不同起爆环半径下侵彻体的动能和长径比。数值仿真结果表明:与单点起爆相比,环形起爆可以增加侵彻体的总动能和长径比,且起爆环半径的改变仅对外罩动能的影响较大;当起爆环相对半径值处于0.50~0.67时,可实现3个随进串联EFP侵彻体转换为1个细长的聚能杆式侵彻体;当起爆环相对半径值超过0.81时,侵彻体出现断裂趋势且总动能逐渐下降。