长杆弹二次侵彻机理及影响因素研究

针对长杆弹侵彻半无限厚金属靶过程中第3侵彻阶段机理不清的问题,建立了三维光滑粒子流体动力学有限元模型,在验证模型有效性的基础上,开展了金杆侵彻半无限厚7075-T6铝靶研究,对第3侵彻阶段机理进行探索,并分析弹/靶密度、强度和弹体长径比对侵彻的影响规律。研究结果表明:金杆侵彻7075-T6铝靶的侵彻深度曲线在高速段显著超过流体动力学极限是由倒转金杆碎片对靶板的二次侵彻造成的;金杆销蚀后形成管状碎片体,高初速下其速度较大,其方向与侵彻方向一致,且其密度大,因此它会在弹体完全销蚀后继续侵彻靶体;金杆的二次侵彻深度随撞击速度增大呈“S”形增大,它对总侵彻深度的贡献在3 km/s撞击速度下甚至高达15.6%;存在二次侵彻时,长杆弹侵彻半无限靶第3侵彻阶段划分为剩余侵彻和二次侵彻阶段更合适;高弹靶密度比有利于形成二次侵彻现象;靶体密度和强度对总侵彻性能的影响显著超过弹体密度和强度;无论是保持弹体长度还是质量不变,长径比对流体动力学侵深和总侵深有显著的影响,但对二次侵彻的影响却较小。

长杆弹高速撞击陶瓷复合靶的斜侵彻过程与响应特性研究

为研究长杆弹斜撞击陶瓷复合靶侵彻过程及影响因素规律,开展钨合金长杆弹斜侵彻陶瓷/金属复合靶试验,结合数值模拟分析了弹体速度、着角、陶瓷厚度、盖板与背靶厚度等因素对陶瓷防护性能的影响规律.结果表明:当弹体以1100~1300 m/s速度正侵彻陶瓷复合靶时,靶体的防护系数随弹体速度增加而增大.弹体着角为0°、60°时,着角30°对应的陶瓷防护性能最差.当盖板厚度与弹径比为1/3、2/3、1时,陶瓷复合靶的防护系数先线性增大后缓慢减小;当陶瓷厚度与弹径比为11/3,盖板厚度与弹径比为1/3时,对应的靶体防护系数最大.弹体斜侵彻陶瓷复合装甲时,保持装甲面密度不变,随着弹体着角的增大,弹体的剩余速度呈减小趋势,且减小的速度逐渐增大;随着盖板厚度的增加,弹体的剩余速度逐渐增加.

不同头部形状长杆弹侵彻过程的数值模拟

采用数值模拟技术研究了4种不同头部形状长杆弹体侵彻半无限厚轧制均质装甲(RHA)靶板的过程,重点考察弹体头部结构对侵彻过程的影响。结果表明:当靶板为高强度材料时,在相同的条件下,长杆弹体的侵彻深度是由弹体材料的失效机制决定,弹体头部形状对其影响较小;但长杆弹体头部的轮廓在撞击初始阶段对靶板的破坏有一定的影响,尤其是靶板开坑截面的大小。

钢制长杆弹斜侵彻中厚靶板数值模拟

利用大型动力有限元分析软件 ,采用 Johnson- Cook动态本构模型 ,对长杆弹侵彻中厚靶问题进行了数值模拟 ,给出了弹体与靶体的破坏变形发展过程及应力波传播过程 ,得到了弹体的受力曲线 。

Al_2O_3陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能和机理实验研究

用DOP(depthofpenetration)实验研究了质量分数为 90 %的Al2 O3 陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能。实验表明 :随陶瓷厚度的增加 ,以差分效益系数和靶平均阻力表征的陶瓷复合靶的抗长杆弹侵彻性能降低 ;盖板能增强陶瓷复合靶抗侵彻性能。对回收陶瓷和盖板的破坏特征分析表明 :长杆弹对陶瓷复合靶侵彻过程大致可分为初期侵彻和稳定侵彻两个阶段 ,但对薄靶和厚靶 。

长杆弹对岩石靶的侵彻分析

采用统一强度理论作为岩石材料的屈服准则,建立了长杆弹垂直侵彻岩石靶体的柱形空腔膨胀模型,给出了卵形长杆弹侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以450～1400m/s的速度撞击岩石靶体的侵彻深度,并和试验结果进行了比较。分析了统一强度理论参数b对侵彻深度的影响。

超高速钨合金长杆弹对混凝土侵彻及损伤破坏的数值分析

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学计算程序LTZ-2D,分析了超高速钨合金长杆弹侵彻混凝土靶板的过程以及靶板的损伤破坏情况.计算结果表明,与低速侵彻规律相同,截卵形弹头以及较大的长径比更有利于弹体对靶板的侵彻,但对混凝土靶板造成的损伤相对较小;由于弹体失效的影响,存在一个临界速度,当弹体的着靶速度高于临界速度时,弹体对靶板的侵彻能力随着撞击速度的提高而降低.

长杆弹垂直侵彻复合装甲机理的研究

为抵抗动能弹和破甲弹的侵彻 ,在车辆关键部位的防护采用复合装甲 .根据长杆弹垂直侵彻均质半无限靶板的理论 ,建立了长杆弹垂直侵彻多层复合装甲的简化模型 ,对侵彻深度进行了数值模拟 ,讨论了陶瓷和玻璃钢厚度对复合装甲抗弹效果的影响 ,并通过实验研究加以验证 。

陶瓷复合靶板抗长杆弹侵彻的数值模拟分析

采用LS-DYNA非线性有限元程序对长杆弹垂直入射陶瓷／金属靶板的侵彻过程进行了数值模拟分析．重点研究了弹体入射速度在600～1400m／s情况下，陶瓷面板侧向约束的影响，发现侧向约束板存在最佳厚度，此时靶板的防护系数最高．

长杆弹侵彻半无限厚土的旋转效应分析

利用刚流撞击模型以及土壤介质变形沿合力方向假设,建立了微元合力与介质移动速度之间的关系。在此基础上,建立了长杆弹侵彻土壤时考虑旋转效应的动力学方程。由这些非线性动力学方程的数值解,确定了撞击力和侵入位移。计算结果表明,随着初始角速度的增大,侵入位移的幅值明显增大。

长杆弹垂直侵彻有限厚靶攻角对弹道极限速度影响的研究

研究了长杆弹垂直侵彻有限厚靶时，着靶攻角对侵彻行为和终点效应的影响。定量分析了不同着速、长径比和弹材密度情况下，攻角对弹道极限速度的影响规律。并就某模拟弹等进行了理论计算和实验验证，结果令人满意。用本文建立的模型还可计算弹丸穿透靶板后的剩余速度，剩余弹长，剩余质量和塞块的厚度等。

SPH算法在长杆弹侵彻多层间隔靶中的应用

基于Autodyn软件,应用SPH算法对长杆弹高速侵彻多层间隔金属靶板的过程进行数值模拟,分析了弹体侵彻靶板后的剩余速度、剩余动能、以及形成的破片及其飞散情况,同时模拟初始速度及弹体质量对侵彻过程的影响。通过与实验结果的比较,表明数值模拟的结果是合理的,能够准确模拟长杆弹对多层间隔靶的高速侵彻过程,对预测弹体侵彻性能以及对长杆弹进行优化设计具有一定的指导价值。

钨合金长杆弹侵彻半无限钢靶的数值模拟及分析

利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA,采用ALE方法和Steinberg本构模型,对钨合金长杆弹侵彻半无限厚钢靶进行了数值模拟,给出了侵彻过程4个阶段的完整图像和相关物理量的时程变化曲线,分析了弹、靶的压力分布、质点速度以及材料的流动特性。结果表明:在较大速度范围内,模拟计算的侵彻深度与实验结果吻合得很好;沿侵彻轴线,弹靶交界面附近的材料行为主要由静水压力控制。

长杆弹与爆炸式反应装甲平板飞散干扰模型

在一定的假设条件下,对爆炸式反应装甲干扰长杆弹的行为进行了研究,建立了长杆弹与反应装甲面背板相互作用的基本模型,用长杆弹的攻角和角速度的变化来描述干扰程度,并结合试验进行了验证。

模拟长杆弹侵彻混凝土靶的MCA方法

采用改进的移动元胞自动机法数值软件,对长杆弹侵彻混凝土靶进行了二维数值模拟,给出了弹靶的破坏变形过程,得到了侵彻深度与冲击速度的关系曲线。数值模拟结果与已有的实验现象吻合较好,说明该计算方法可以有效地计算和模拟高速侵彻问题。

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。

长杆弹对混凝土的侵爆效应

对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟,分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较,两者定性符合。

尖锥头长杆弹侵彻的界面击溃分析

在Alekseevski-Tate模型基础上,理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程,分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式;随后分析弹体的动能损失,讨论半锥角对弹体动能损失的影响.通过分析小子弹撞击陶瓷/金属复合靶板的例子,验证了该理论的正确性,并对比分析了尖锥头长杆弹与小子弹及平头长杆弹在界面击溃中动能损失之间的差异.

钨合金长杆弹斜侵彻间隔靶的数值仿真与试验

采用显式动力学分析软件LS-DYNA,对钨合金长杆弹斜侵彻三层间隔靶板的情形进行了数值仿真,并进行了试验验证。结果表明:试验数据与仿真结果吻合良好,子弹可对预定靶标实施有效毁伤。建立的仿真方法可用于指导长杆弹的优化设计、毁伤效果评估以及侵彻多层间隔靶相关问题的研究。

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论分析

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的Mo-hr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用A-T模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.