基于Ansys Workbench LS-DYNA的预控破片战斗部成形与飞散特性分析

为了研究预控破片战斗部壳体膨胀破碎后破片群的运动规律,利用Ansys Workbench LS-DYNA有限元软件模块对某型杀伤战斗部壳体爆炸成形和飞散过程进行了仿真分析,得到了战斗部破片群的最大速度为1 323 m/s,破片速度主要集中在1 125 m/s~1 250 m/s之间;单个破片的设计质量为1.4 g,形成破片群后破片质量主要集中在1.1 g~1.3 g之间,破片群质量损失为18.35%;破片群形成后测得静态飞散角为70°。仿真结果表明,破片群中破片的最大速度较改进后的Gurney理论公式计算结果偏低了9.32%,但误差在允许范围之内。同时,其他仿真结果数据也为进一步研究预控破片战斗部提供了理论依据。

刻槽参数对预控破片形成情况的影响研究

运用AUTODYN软件,对壳体外刻槽的预控破片战斗部在不同槽深和槽宽时的破片形成过程进行数值模拟,对比分析了仿真结果,得出了槽深和槽宽对预控破片的有效破片生成率、破片平均速度和破片质量损耗的影响规律,并通过综合分析,得出比较合适的槽深和槽宽。

预控破片形成过程的数值模拟与分析

为了获得预控破片战斗部破片的飞散规律,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对某榴弹壳体膨胀和破片破碎过程进行数值模拟,得到破片初速和飞散方向角沿弹轴曲线分布,与破碎性试验回收破片的统计结果和经验公式都基本一致,这说明模型简化及计算参数的正确性.

预控破片战斗部成型及速度衰减的影响研究

基于LS-DYNA有限元软件对V型刻槽预控破片战斗部成型过程进行仿真模拟,利用量纲分析的方法,得到了V形槽的预控破片战斗部有效破片数量、平均速度和速度衰减计算方程。结果表明:V型槽预控破片战斗部可以形成大量的有效破片,初始速度大于1700m/s,具有良好的毁伤特性。该模型计算结果对比爆坑试验与测速试验结果,吻合度较好。所得结果为预控破片战斗部进一步的研究提供可靠的参考依据。

预控破片战斗部威力场可视化仿真系统设计

为了准确描述预控破片战斗部爆炸过程,设计并建立了虚拟战斗部爆炸仿真系统。该系统通过各功能模块集成,实现了战斗部爆炸威力场的动态生成,在UG几何建模和LS-DYNA数值仿真结果的基础上,通过材料参数修改和算法改进,实现预控破片场可视化仿真,利用C++进行接口处理程序开发,得到预控破片飞散特性数据文件。以某型预控破片战斗部为例进行了实例分析,仿真结果与理论基本一致,验证了模型建立的有效性和仿真系统的可靠性,为预控破片战斗部设计和效能评估提供参考。

预控破片形成及侵靶行为数值模拟

为了优化预控破片弹的弹体预制槽加工方案,增强弹丸杀伤威力,提高弹体材料利用率,运用有限元软件ANSYS模拟了局部弹体材料爆轰形成预控破片的过程,研究了预控破片分别以不同初速度和不同侵彻角侵彻三种靶板的行为,并对模型应力分布和破片速度衰减变化进行了对比分析.结果表明,预制槽附近首先发生破碎,形成了形状规则的预控破片,破片的初速度、靶板材料和侵彻角都将显著影响预控破片的侵彻能力.模拟结果可为预控破片弹的设计和优化提供参考.

不同形状预控破片成形及毁伤效应研究

为了研究破片形状对破片飞散规律以及侵彻效能的影响,利用三维有限元分析软件ANSYS/LSDYNA对截面为三角形、正方形、菱形以及正六边形的外部刻槽式预控破片战斗部成形过程进行模拟分析,同时对破片侵彻靶板过程进行数值计算。研究结果表明,正六边形破片的预控效果最好;破片形状对破片初速和质量损耗的影响较小;通过破片侵彻钢靶的数值模拟,得出在初速和质量相同的情况下,截面为正六边形、正方形、菱形、三角形的破片杀伤威力由强到弱。

中空型预控破片战斗部破片初速特性

构建了中空型预控破片战斗部的破片初速分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对中空型预控破片战斗部采用一端环形起爆和多点同时起爆时的预控破片成型过程进行了数值模拟。研究结果表明:采用一端环形起爆时,预控破片初速的理论计算结果与数值仿真结果吻合较好,最大偏差仅为3.54%;采用一端2点、3点、4点同时起爆时,周向方向上,分别距起爆点90°、60°和45°方位处的预控破片初速最高,且2点同时起爆时破片最大速度增益和平均速度增益均高于3点、4点同时起爆;此外,根据所研究的战斗部尺寸结构,当采用一端2点同时起爆,且起爆点设置距内壳体15 mm时,中空型预控破片战斗部能发挥更大的毁伤威力。研究结果可为相关战斗部的设计提供一定参考。

预控破片战斗部周向刻槽参数正交优化分析

针对试验过程中预控破片出现轴向粘连的情况,利用数值模拟和正交优化相结合的方法,对周向刻槽参数进行优化分析,得到周向槽参数设置的较优方案。并对比轴向、周向槽参数一致时有效破片的生成情况。仿真与试验结果表明:刻槽参数一致时,有效破片生成率降低16.67%,质量损失率增加14.45%。单独优化周向刻槽参数可有效解决破片轴向粘连问题。

预控破片战斗部爆炸飞散数值模拟

为研究榴弹型预控破片战斗部动态分散规律,采用ANSYS/LSDYNA建立有限元模型,结合流固耦合算法,对破片峰值速度、飞散角等威力指数进行研究分析。结果表明:对战斗部施加轴向初速度,可有效提高破片峰值速度,减小飞散角,增强破片集中杀伤效果;而施加转速,破片速度有所提升,飞散角等其他参数无明显变化。

激光重熔预控破片子弹性能研究

为获得形状规则、表面光滑、硬度较高的预控破片,提出激光重熔预控破片的研究。某型号火箭弹配用子弹壳体采用激光重熔技术形成预控破片,通过子弹壳体解剖、检测试验及子弹地面性能威力试验,表明子弹壳体金相组织均匀性较好,表面硬度有明显提高,子弹静破甲垂直穿深、密集杀伤半径、破甲侵彻能力均满足指标要求,验证了激光重熔技术用于子弹壳体刻槽的可行性。

闪光爆震弹预控破片设计与飞散特性研究

为提高闪光爆震弹使用中的安全性，解决爆炸破片质量大、形状不规则和边缘锋利等问题。从破片形状、刻槽位置、V-型刻槽深度和宽度、破片数量、破片质量5 个方面对闪光爆震弹进行了弹体破片控制设计，建立了破片的分散运动模型，通过了Matlab 软件分析了预控破片的飞散特性。结果表明，破片飞散角在30～60°时杀伤性较强，预控破片结构能够实现对爆炸破片的有效控制，是实现非致命效应的重要途径。

壳体材料性能对预控破片威力的影响

采用局部淬火技术对40Cr和40Cr Mn Si B壳体进行预制破片。考察了淬硬层组织和冲击功变化特征,最后分析了壳体材料性能对预控破片威力的影响规律。研究结果表明:由于瞬间的重熔-凝固作用,两种壳体的淬硬层组织主要为针状马氏体,晶粒细化但冲击功下降,脆化倾向明显。40Cr Mn Si B钢由于较好的淬透性和强韧性匹配,局部淬火后材料的韧性优于于40Cr钢,有利于壳体发生大幅度膨胀变形,使预控破片获得更多的动能,造成更强的破坏作用,与破片威力实验结果相吻合。

子弹药预控破片的成型与初速研究

为优化子弹药设计方案,缩短研制周期,降低研制成本,采用AUTODYN软件、拉格朗日算法、Johnson-Cook本构模型和JWL状态方程,对预控破片的成型与飞散过程进行了仿真。通过破碎性试验及破片初速的静爆试验,对比模拟仿真与试验结果,验证了仿真结果的准确性。研究结果为完善子弹药设计方案奠定了基础。

预控破片雷管的计算研究

为分析不同刻槽方式对雷管壳破片飞散速度及对内部装药约束作用的影响,利用LS-DYNA软件对多刻槽、四刻槽和无刻槽三种模型迚行模拟分析。结果表明:多刻槽模型槽口应力更集中,破片飞散速度最大,对炸药的能量利用率更高,更利于起爆后续主装药。

双层壳体内壳外刻槽对破片成型的影响

针对破片杀伤弹内层壳体外刻槽的双层壳体结构,利用LS-DYNA有限元分析软件对比分析了内壳刻槽参数对外壳破裂成型的影响。结果表明,同种工况下,U形刻槽和梯形刻槽内壳聚能装药结构外层壳体破碎成型优于V形槽,且在刻槽角度为45°和50°工况下,内壳梯形刻槽结构使外层壳体破片总动能最大;内壳的厚度、相对刻槽深度和刻槽角度均会影响该结构外层壳体破片成型,且内壳厚度影响最大,刻槽角度次之,相对刻槽深度最小;内壳厚度在1 mm~3 mm区间内,装药结构外层壳体破碎成型效果存在最优值,且装药直径为40 mm时,内壳最佳厚度为2 mm。

展开式EFP战斗部复合破片场成型的数值模拟

为实现战斗部毁伤威力的可控化,提出了一种外围采用刻槽壳体且可展开不同角度的EFP战斗部。基于ICEMCFD软件对展开式战斗部进行了O型网格划分,采用Autodyn软件对EFP和预控破片群相结合的复合破片场成型过程进行了数值模拟,获得了中心与外围装药量、外围装药起爆方式、展开角度对复合破片场成型特性的影响规律,利用X光试验验证了数值模拟方法的有效性。结果表明,随着中心装药半径的增大,EFP的速度和长径比逐渐增大,断裂现象愈加明显,而预控破片的飞散速度逐渐减小;外围装药顶部四点起爆方式形成的破片速度高于顶部二十点和内侧二十点起爆方式下的破片速度;闭合与展开时预控破片的最大速度分别出现在距起爆端约60%和33%处,且随着展开角度的增加,远离起爆端的预控破片速度逐渐减小,与闭合状态相比,展开75°状态下EFP侵彻深度减少了36%,而孔径增大了38%。选取中心装药半径20mm、展开角度为45°~60°时,复合破片场的汇聚较明显且成型控制效果较佳。

基于细观建模的电子束预控弹体破裂机理数值研究

为研究电子束预控弹体的破裂机理。提出了基于电子束预控弹体细观几何特性的参数化建模方法,建立了含基体、熔融区、过渡区和空腔区弹体的三维有限元模型,采用LS-DYNA软件对典型弹体的爆炸驱动和破裂过程进行了数值模拟分析。结果表明:电子束预控弹体破裂过程可分为:弹体膨胀后的空腔区在环向拉应力作用下产生拉伸断裂、过渡区产生裂纹扩展和拉伸断裂以及空腔区底部基体在两侧拉应力和底部压应力作用下产生与弹体内壁法线呈45°的剪切破坏3个阶段。数值模拟结果与回收的破片截面形状和破坏模式吻合较好。研究结果对电子束预控弹体破片成型控制具有参考价值。