反应装甲对金属射流的干扰作用研究

基于爆炸反应装甲与聚能射流的作用机理,研究某新型反应装甲对金属射流的干扰作用,运用理论分析、数值模拟和试验验证的方法进行综合研究,采用三维数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA,运用控制变量法,针对特定结构反应装甲进行不同法线角条件下的侵彻模拟,并进行侵彻过程分析,得到不同法线角条件下反应装甲对金属射流的有效切割长度、金属射流的剩余侵彻速度、反应装甲面板和背板的运动速度随时间变化等干扰作用变化数据,能够观察到反应装甲面板和背板的飞行状态和干扰后的射流形状。根据所得数据、曲线图及侵彻结果图并结合相关干扰作用理论进行分析。得到面板和背板对射流有效干扰长度、面板和背板最大速度、射流剩余侵彻速度等干扰性参数变化规律。对比分析表明,随法线角的增大,面板和背板有效干扰长度逐渐增大,法线角70°工况条件相比于法线角0°,背板有效切割金属射流的长度范围提高了368%;射流剩余侵彻速度随法线角的增大呈减小趋势,法线角在50°~70°范围,射流剩余侵彻速度降低幅度最大;且随法线角的增大,射流受反应装甲干扰作用越强。

水下聚能金属射流载荷特性及毁伤效应研究

为研究水下接触爆炸产生的金属射流载荷及其对双层水间隔板的损伤特性。使用耦合欧拉-拉格朗日方法,通过改变圆锥型金属罩的锥角,研究锥角对聚能射流速度的影响。改变金属罩的形状,得到不同类型的聚能侵彻体,在水下模拟其对双层靶板的毁伤作用。不同的锥角影响聚能射流的作用强度,锥角为90°的金属盖能形成最佳射流形状和最大射流速度,穿透效果最好;而不同的聚能侵彻体对靶板造成的损伤各不相同,聚能射流有更强的穿透力,而爆炸成型弹丸造成更大的毁伤面积。通过改变金属罩的形状,可获得不同类型的穿透体,能够适应复杂多变的海洋和损伤要求。该研究可为水下武器的研制和潜艇的防爆、抗冲击和防护提供参考。

聚能金属射流在光面爆破切缝中的应用与研究

影响光面爆破效果的因素较多,为优化光爆技术方法、改善光爆效果,通过对混凝土模块的爆破试验探究聚能金属射流在围岩中的爆破切缝效果.以半孔率、切面平整度、残留半孔完整性、振动数据、爆后石渣量及其粒径等因素作为衡量标准,对聚能金属射流与高压气楔共同作用定向切缝技术进行初步研究.对比3组爆破切缝效果发现:有聚能金属罩连续装药结构的炮孔光爆效果最好,石渣少、振动小、光爆面平整、残留半孔均匀,半孔率比普通光爆孔提高30%,说明聚能金属射流炮孔中炸药能量定向释放,粉碎区范围小,能量利用率更高,在实际施工中更有利于对预留围岩的保护.同时印证了金属射流与气楔共同作用定向切缝的理论分析,为实际施工中优化光爆技术提供可行性依据.

被动电磁装甲对金属射流横向电磁力的计算及验证

为提高装甲防护性能,对被动电磁装甲中金属射流所受横向电磁力作用机理进行了研究。在等效电路模型基础上,建立了金属射流横向受力模型并具体讨论了射流微元所受横向电磁力随时间和位置的变化;结合虚拟源点理论,建立了不同速度金属射流微元穿过被动电磁装甲板后的横向偏移速度模型。计算显示,当电压达到35kV时,近一半长度金属射流产生有效偏移;试验中观察到了金属射流的横向偏移效果。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理。

被动电磁装甲对金属射流箍缩电磁力的计算及验证

为提高装甲防护性能,对被动电磁装甲中金属射流所受箍缩电磁力作用进行了研究。在等效电路模型基础上,给出了与箍缩电磁体积力等效的表面电磁压强理论公式,分析了等效表面电磁压强随时间振荡衰减变化的规律;通过分析平均等效表面电磁压强的临界现象,认为金属射流半径与趋肤深度的比值r槇<1时,平均等效表面电磁压强会随相对半径的减小而急剧增大。数值模拟和理论分析结果都显示:在合适参数下,平均等效表面电磁压强会在金属射流较细部位急剧增加,从而导致腊肠不稳定性。5kV被动电磁装甲试验结果显示:金属射流受箍缩电磁力影响后,在后效靶板上的穿孔直径明显比不加电情况大。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理,对被动电磁装甲的应用具有一定的指导意义。

多缝线金属射流定向预裂爆破技术在瓦斯抽采中的应用

为提高高瓦斯、高应力、低透气性煤层钻孔瓦斯抽采能力,开发了多缝线金属射流定向预裂爆破技术,并在常村矿N1-3采区进行了预裂爆破增透工程试验。爆破过程中,多缝线金属射流首先在煤层中射出主裂缝,随后推进剂延迟爆破产生高能爆生气体压裂煤体,破坏坚硬煤体的致密结构,在钻孔周围形成松动裂隙圈,达到煤层增渗效果。试验结果表明:钻孔瓦斯抽采浓度由措施前的10.1%增加到措施后的42.2%,钻孔瓦斯抽采流量由措施前的0.026 m3/min增加到措施后的0.077 m3/min,百米钻孔瓦斯涌出量和煤层透气性系数也分别提高近1倍,掘进速度由措施前的49.5 m/月提高到了措施后的130 m/月。

外磁场对金属射流的作用机理

为探索轴向脉冲磁场对金属射流的作用机理,结合Maxwell方程组,提出了均匀线圈脉冲电流作用下不均匀粗细金属射流磁感应强度、感应电流密度及箍缩电磁力分布的理论模型,建立了线圈与金属射流作用的有限元模型,分析了轴向脉冲磁场对金属射流的作用规律,最后通过模拟试验验证了理论分析和仿真模拟的正确性。结果表明:金属射流表面的感应电流方向与流经线圈的电流方向相反,所受电磁力沿金属射流半径由表面指向中心;由于趋肤效应作用,金属射流磁感应强度、感应电流密度及电磁力均呈现表面大于轴心的趋势;金属射流凸起部分的磁感应强度、感应电流密度及所受电磁力均大于凹陷部分;当电磁力足够大时,能够使得不均匀粗细金属射流的直径差缩小,从而有效延缓金属射流断裂的发展趋势,增加金属射流的有效穿深。上述研究成果对提升金属射流对目标的侵彻穿深能力具有重要指导意义。

励磁线圈磁场约束金属射流变形的作用机理研究

为探究励磁线圈磁场对金属射流变形的作用机理,提出了励磁线圈脉冲磁场作用下,金属射流中感应电流密度、磁感应强度及电磁力密度分布的理论模型,建立了励磁线圈约束金属射流的有限元模型,进行了电磁-温度-结构多物理场耦合分析,最后进行了试验验证。结果表明,励磁线圈磁场能够对金属射流进行有效约束,电磁力做功和欧姆热效应的累积,引起金属射流发生有效变形,使金属射流整体更加均匀,进而可延缓金属射流劲缩部分断裂的过程,增强破甲弹对目标的侵彻穿深能力。

不同材料抗金属射流性能的试验研究

对陶瓷材料、树脂基纤维复合材料及混凝土复合材料进行了抗金属射流的探索性试验。结果表明 ,聚合物基复合材料在射流作用下产生塑性穿孔 ,其抗金属射流的性能优于普通陶瓷材料 ;材料的结构形式是影响其抗射流性能的重要因素 ,玻璃钢栅板比纯实心玻璃钢板对射流的衰减作用更为有效 ;材料厚度增加较大后 ,金属射流的侵彻性能将大幅度下降。

线圈脉冲电流对破甲弹金属射流箍缩特性的影响

为了研究线圈脉冲电流参数对破甲弹金属射流箍缩特性的影响,提出了均匀线圈中脉冲电流作用下不均匀粗细金属射流磁感应强度、感应电流密度及箍缩电磁力分布的理论模型,建立了线圈与金属射流作用的有限元模型,分析了励磁线圈中所施加脉冲电流参数对金属射流的影响规律。结果表明,随着励磁线圈中所施加脉冲电流幅值的增大,金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力也随之增大,励磁线圈中所施加的脉冲电流幅值Jmax≥1×1010 A/m2,才能保证金属射流可靠变形;随着励磁线圈中所施加脉冲电流频率的增加,金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力整体均呈现一定程度的趋肤效应,且在一定的频率范围内,趋肤层逐渐变薄,分析得知,当励磁线圈中脉冲电流的频率满足50kHz≤f≤100kHz时,就能够保证金属射流发生有效变形,进而延缓金属射流箍缩直至断裂的过程。

放电电压对镁-铝磁脉冲焊接中金属射流及结合界面的影响

近年来,磁脉冲焊接技术凭借其在异种金属焊接中的独特优势展现出广阔的应用前景。放电电压是磁脉冲焊接过程中重要的电气参数,而金属射流可清理工件表面的污秽和氧化层,促进金属的冶金结合。为探究放电电压对金属射流及结合界面的影响,该文对放电电压与金属射流特征、结合界面形貌之间的内在联系进行理论分析,并建立镁-铝磁脉冲焊接综合实验观测平台,捕捉到完整的金属射流轨迹。结果显示,当放电电压从13kV提高到16kV时,碰撞速度从403.12m/s提高到了498.49m/s,对碰撞角度无明显影响;金属射流持续时间从31.02μs增加到47.94μs,且射流强度也逐渐增强。金相显微镜测试结果表明,放电电压为14kV、15kV、16kV时,镁-铝结合界面呈现波纹界面,且波幅不断增大,结合区域宽度分别为1.27mm、1.35mm、1.77mm。放电电压通过碰撞速度、碰撞点速度、碰撞压力及碰撞后剩余能量改变金属射流特征及结合界面形貌从而影响焊接效果。该文可为深入研究磁脉冲焊接机理、提高焊接效果提供有力参考。

制造误差对金属射流威力影响的仿真研究

为了研究制造误差对金属射流威力的影响,从起爆点偏心、药型罩内外表面不同轴度、药型罩轴线与装药轴线不同轴度三个方面,运用LS-DYNA程序对射流成型及侵彻靶板过程进行数值模拟,分析三种误差对射流侵彻深度的影响。研究结果表明:三种误差均可造成药型罩不对称压垮,降低射流侵彻能力。

静磁场作用下结晶器内金属射流行为的数值模拟

利用ANSYS CFX软件,数值模拟了在静磁场作用下连铸结晶器内的水口出流的金属射流行为,通过分析其形态变化,考察了不同参数下液面波动F数的变化规律以及金属射流的扩张对结晶器壁面的冲刷强度的影响规律.模拟结果表明:水口出流射流具有扩张特性,在静磁场作用下,随着磁感应强度的增大,F数增大,金属射流扩张程度增加,且对结晶器宽面冲刷强度增加;随着板坯厚度的增大,F数增大,金属射流扩张程度增加,且对结晶器宽面冲刷强度减小;随着射流角度的增加,F数减小,对结晶器宽面冲刷加剧;对于电磁制动板坯连铸,不能单纯以F数作为控制指标,应充分考虑射流扩张对结晶器壁面冲击的影响,不同板坯厚度和水口射流角度应有适宜的控制参数.

轴向脉冲磁场增强金属射流侵彻穿深能力的因素

为掌握轴向脉冲磁场对金属射流的作用规律,基于破甲弹金属射流对目标的作用原理及磁场与金属射流之间的相互作用关系,设计了励磁线圈对破甲弹金属射流作用的试验系统,并开展了相关实弹试验,突破了金属射流形成和励磁线圈脉冲电流产生之间时序匹配的关键技术,得出了使金属射流发生有效变形的合理储能电容器组电参数和励磁线圈结构参数。试验结果表明,当电容器电压为5kV、电容为1 200μF、励磁线圈长度为50mm时,破甲弹金属射流对目标靶板的侵彻穿深增量最大,破甲效果最佳;各因素对破甲弹金属射流侵彻穿深能力影响程度由大到小分别是电容器组充电电压、电容器组电容、线圈长度。研究成果为破甲弹威力电磁增强技术可行性论证、原理试验及励磁线圈结构设计提供了重要的理论和技术支撑。

励磁线圈结构参数对金属射流箍缩特性的影响

对励磁线圈内部磁场进行了理论分析,建立了线圈与金属射流作用的有限元模型,得出了励磁线圈结构参数变化对金属射流箍缩特性的影响规律。结果表明,随着励磁线圈长度增大,金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力随之增大,励磁线圈长度要大于金属射流劲缩部位长度,才能保证金属射流有效变形;随着励磁线圈内径增大,金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力随之减小,励磁线圈内径尺寸要尽量接近金属射流直径最大尺寸,二者直径差尽量控制在3~5 mm范围内,以形成较大磁压力差,减小由于金属射流轴向速度梯度引起的表面扰动,进而延缓金属射流箍缩直至断裂的过程,增强其对装甲等军事目标的侵彻穿深能力。研究成果将为破甲弹威力电磁增强技术可行性论证、原理试验及相关结构设计提供重要的理论和技术支撑。

金属射流发散性理论分析及数值模拟

分析经典射流理论和相关文献,给出了在汇聚点坐标系中金属Cu对碰形成射流的汇聚射流区、无射流激波封锁区、无射流强度封锁区和形成发散射流区域。对金属超声速射流形成的发散性问题进行了理论分析,诠释了Walker基于实验提出射流发散理论,证明了金属射流超声速部分可形成发散射流也可形成汇聚射流,且超过1.23倍体声速的金属射流必定是发散的。最后,应用自编的欧拉计算程序MEPH对金属Cu以不同速度、倾角对碰射流形成过程进行数值模拟,得到了分叉射流、空洞射流和密实稀疏射流等的典型射流发散模式图像,印证了理论分析的结果。

金属射流毁伤铝合金与钢靶板对比分析

研究薄钢板和薄铝合金靶板已被广泛用于轻型装甲防护上。为了更深入的研究破甲弹对轻型装甲的毁伤机理,以及两种金属靶板的抗毁伤能力,采用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA3D对金属射流侵彻钢靶板与铝合金靶板进行了数值仿真。描述了破甲弹侵彻铝合金靶板与钢靶板的物理过程,对比分析了铝合金靶板与钢靶板的毁伤情况,以及金属射流头部速度、体积随时间变化的规律,得出了金属射流侵彻两种不同金属材料靶板的扩孔规律与毁伤效果。分析结果表明金属射流毁伤相同厚度的钢靶板与铝合金靶板时,对于钢靶板,射流侵彻后,后效侵彻威力相对更小但后效毁伤作用范围更大,而对于铝合金靶板,由于延展性更好,从而减少了射流后效作用范围,但其射流能量相对更大。上述结果对进一步研究破甲弹轻对型装甲的毁伤机理,以及轻型装甲的防护设计都具有重要的参考价值。

被动电磁装甲对金属射流欧姆加热作用的分析

为探究被动电磁装甲系统对金属射流的防护机理,建立了被动电磁装甲系统对金属射流作用的等效电路模型.结合虚拟源点理论,建立了不同速度金属射流微元穿过被动电磁装甲板后的比作用量模型,并利用MATLAB软件对金属射流微元比作用量进行了数值分析,获得了金属射流微元的比作用量随速度和时间的变化规律.结果表明:金属射流受到欧姆加热作用的影响后,积累的比作用量大于汽化所需要的值;当被动电磁装甲系统初始储能达到一定值时,能使穿过电磁装甲板的金属射流发生电爆炸.

脉冲电流对金属射流箍缩电磁力的计算及验证

为深入研究被动电磁装甲的防护机理,进行了脉冲电流作用下金属射流受到的箍缩电磁力作用研究。通过频域分析方法得到了脉冲电流在金属射流中的电流密度分布,并结合反趋肤效应现象研究了射流受到的等效表面电磁压强随半径以及电流密度分布的变化规律。通过数值分析表明:脉冲放电的下降沿出现反趋肤效应时,金属射流受到的等效表面电磁压强大于相同电流时出现趋肤效应时的值。通过被动电磁装甲试验验证了脉冲电流产生的箍缩电磁力的作用效果。在注入脉冲电流的情况下,射流在后效靶板上的穿孔直径明显比不加电情况大。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理,对被动电磁装甲的应用具有一定的指导意义。

金属射流欧姆加热效应的影响因素分析

为探究影响金属射流欧姆加热效应的因素,在被动电磁装甲系统等效电路模型的基础上,根据虚拟源点理论建立金属射流的作用时间模型,进一步明确金属射流在侵彻被动电磁装甲过程中每部分射流微元的作用时间;结合金属射流的比作用量模型,利用Matlab软件对金属射流的电流和比作用量波形随被动电磁装甲系统的电感、电容、电阻和充电电压的变化规律进行数值分析.仿真结果表明:随着系统电感的减小、电阻的减小、电容的增大和充电电压的增大,金属射流比作用量的峰值增大,有利于射流发生电爆炸.