浇注CL-20基混合炸药的高速破片撞击安全性

为提高CL-20在混合炸药中的应用性能,研究了CL-20基混合炸药在高速破片撞击下的安全性,制备了CL-20与端羟基聚丁二烯质量比为87∶13的浇注CL-20基炸药试样(GW炸药);采用静爆试验和高速破片撞击试验方法,获取了浇注CL-20基混合炸药在高速破片撞击下的安全性反应等级;通过分析对比静爆试验和高速破片撞击试验的超压数据、影像资料和见证板的破坏情况,综合判断GW炸药试样在高速破片撞击下的反应等级,得到破片撞击速度和破片撞击质量对GW炸药试样的撞击安全性的影响。静爆试验结果表明,GW炸药具有良好的破片驱动能力,测得壳体破片速度为1435m/s,4m处的超压均值为0.09MPa。高速破片撞击试验结果表明,GW炸药在破片质量为16g的高速撞击条件下发生燃烧反应,具有良好的安全性;在破片质量为50g、速度为1412m/s的撞击条件下发生爆轰反应,证明GW炸药试样在大质量破片高速撞击的刺激下炸药响应剧烈。

高速破片侵彻舰船双层横舱壁结构研究

反舰导弹战斗部爆炸产生的高速破片会对舰船内部人员、武器设备等造成严重毁伤。为研究舰船防护结构的抗侵彻性能,在传统加筋板架舱壁结构的基础上提出一种双层平板舱壁结构,对高速破片侵彻薄板的理论和经验公式进行分析,验证计算方法的可行性;对两者在高速破片侵彻载荷作用下的失效特性、动态响应以及吸能情况进行比较分析,双层舱壁结构抗侵彻性能明显优于传统单层结构;对不同侵彻速度、不同舱壁板厚对双层舱壁结构性能的影响进行研究,和试验数据结果对比,计算结果与之相吻合,并给出舱壁结构吸能特性的影响参数,为双层舱壁结构进行优化设计提供参考。

冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性

为探讨导弹战斗部近炸下舰船夹芯复合舱壁结构设计方法,采用TNT和预制破片近炸实验研究了典型夹芯复合舱壁结构在冲击波与高速破片联合作用下的破坏效应,分析了冲击波和破片联合毁伤载荷,指出了钢质面板和抗弹层的破坏模式,阐述了夹芯复合舱壁结构的防护机理。结果表明:预制破片装药近炸下,破片能远大于冲击波能,是防护结构的主要设计载荷;前面板主要是抵御冲击波,其变形破坏整体为挠曲大变形,局部为集团破片冲塞破口、破片穿孔和撞击凹坑;背板以挠曲大变形吸能为主;陶瓷材料碎裂严重,部分陶瓷碎片反向飞溅撞击前面板;纤维增强复合材料发生了纤维断裂、基体开裂、整体弯曲大变形及分层等破坏,抗弹层应避免产生穿透性破坏。

冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟

为探讨固支方板结构在爆炸冲击波和高速破片联合作用下的变形破坏特点及规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA开展冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述装药驱动预制破片的运动过程,分析冲击波载荷和破片载荷以及钢板在联合载荷作用下的变形破坏模式,并与试验进行对比。结果表明,数值计算结果与试验结果较为吻合;炸药底部中心处预制破片的初速最高,边缘处最低;在试验工况下,冲击波先于破片作用于结构,破片群总动能远大于爆轰产物及冲击波传递给结构的动能,破片群是造成钢板中心出现冲塞破口的主要因素,应作为防护结构的主要设计载荷。

高速破片侵彻舰用复合装甲模拟实验研究

采用 14 5mm滑膛枪发射高速立方体破片 ,对舰用复合装甲结构靶进行侵彻实验研究 ,从而模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸所产生的破片对舰体的侵彻作用。实验结果表明 ,舰体钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲抵御高速破片侵彻较防弹钢具有明显的优越性 ,所研制的复合纤维防弹板以及实验用复合装甲结构 ,同等防护能力条件下 ,较防弹钢减轻重量 30 %以上。

冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点和冲击伤防护研究

探讨了冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点及复合材料对冲击伤的防护效果。结果表明，肢体高速破片致伤对肺冲击伤具有加重作用，加重效应主要发生在原发冲击伤部位，加重效应的机理可能与压力波引起的血流扰动有关。利用复合材料防护可减轻肺冲击伤程度，降低动物的死亡率。

高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载的理论研究

运用一维平面波理论,研究大型高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载,得到了初始冲击荷载的理论公式。与有限元计算结果进行比较,证明了理论公式的正确性。运用理论计算公式分析了破片参数对冲击荷载的影响,结果表明:破片速度与冲击荷载峰值成正比,速度越快,峰值越大;速度越慢,峰值越小。而破片速度对冲击荷载的衰减没有影响,即不同速度的破片在水中引起的冲击荷载具有相同的衰减规律。不同厚度破片引起的冲击荷载的具有相同的峰值,但有不同的作用时间。破片的越厚,荷载作用时间越长;破片越薄,荷载作用时间越短。最后基于理论分析确定了几何衰减的函数形式,采用数值试验数据进行回归分析,得到了冲击波的几何衰减系数。

高速破片穿透船用钢靶剩余特性研究

着重讨论了高速(800m/s^1800m/s)柱形(或立方体形)钢破片(质量3.3g^60g)对不同厚度的某型船体钢靶(4mm^10mm)的穿透特性和剩余速度问题;首先给出穿透过程的分析模型,认为钢破片对船体钢靶的穿透能主要包括:弹、靶挤压塑性变形能和环向剪切塑性变形能;以能量分析和德.马尔模型为基础,给出了相应的半经验公式;在32组有效穿透实验测试数据的基础上,对相关系数进行数值拟合及动态修正;通过计算结果和试验测试结果的对比,得到的半经验公式能较好描述高速破片穿透船体钢板后的剩余速度。

冲击波和高速破片联合作用下固支方板毁伤效应数值模拟

为探讨固支方形钢板结构在空爆冲击波和高速破片联合作用下的动态响应过程及变形破坏模式,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,开展了空爆冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述了固支方板在联合载荷作用下动态响应过程的2个阶段,以及在不同爆距下的变形破坏模式和特点。结果表明,随着爆距增加,在破片密集作用区内,钢板的破坏模式存在从集团冲塞破口到部分穿孔边界撕裂联通,再到无穿孔边界撕裂现象的转换。

高速破片侵彻防护液舱试验研究

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中的侵彻特性,针对3.3 g立方体破片进行了水下弹道试验,结果表明:破片的侵彻阻力系数受形状的影响较大,撞击隔板时产生压缩波使破片产生墩粗和侵蚀,造成破片迎流面积的增加和质量的下降,从而使破片在速度较高时侵彻深度反而下降。

高速破片撞击下带壳装药响应及防护的试验研究

以25mm滑膛炮为加载手段,对带有不同厚度护板的装药进行了撞击加载实验,获取了18.6g标准破片在1820～1830m/s速度下撞击带壳装药时破片和护板的破坏形态及装药反应情况,提出了一种可降低带壳装药反应等级的防护结构。结果表明,防护板厚度为10mm时,护板破坏形态为直径28mm的同口径穿孔,贯穿护板后的破片形成若干大质量碎块;当护板厚度增加至16mm时,护板背面产生了直径37mm的剥落层,破片碎化为密集的小质量碎片群;相比若干大质量碎块导致的装药燃烧反应,密集的小质量碎片群更易在装药内部形成多个"热点"的叠加,进而使装药发生更为剧烈的爆燃反应;该复合防护结构可有效降低碎片群能量,对装药起到了良好的防护作用。

骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究

为考察骨料粒径对混凝土材料抗高速破片侵彻的影响,利用轻气炮加速装置和激光测试系统进行素混凝土(PC)和钢纤维增强混凝土(SFPC)侵彻实验研究,通过高速摄像机记录弹体着靶姿态和靶体动态损伤过程。实验中混凝土靶选用5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm 3种不同级别骨料粒径,通过对侵彻深度、成坑体积以及靶体碎片剥落过程的比较发现:针对素混凝土靶体,3种级别粒径范围内,级别最大的骨料粒径靶体其抗侵彻能力达到最强;而对于钢纤维含量为1%的钢纤维增强混凝土,粒径级别为10～15 mm的靶体抗侵彻能力最佳,结合骨料粒径对混凝土断裂能的双重作用,表明钢纤维的含量与骨料粒径之间存在一个优化值,在这个优化值配比下,钢纤维增强混凝土抗高速破片的侵彻能力能够达到比较理想的效果。实验结果的讨论分析对混凝土防护工程的设计具有借鉴作用。

TATB基PBX及其与HNS复合装药的高速破片撞击安全性

为了获得高速破片撞击下钝感装药的安全性响应规律及传爆药非理想起爆对该过程的影响,采用高速破片撞击试验方法,对TATB基PBX装药(PBX-C04)和PBX-C04/HNS复合装药结构进行了试验研究。基于超压测试、鉴证板破坏情况和残药的理化分析,分析了撞击速度、传爆药非理想起爆及高温对PBX-C04钝感主装药高速破片撞击安全性的影响。结果表明,常温下PBX-C04主装药具有优异的高速撞击安全性,1970 m·s^(-1)的高速破片撞击下仅发生燃烧反应,引入六硝基茋(HNS)传爆药后,相同撞击速度下PBX-C04主装药反应烈度提高为爆燃反应。复合装药结构加热至200℃时,1640 m·s^(-1)撞击速度下,复合装药结构发生了爆轰反应,证明高温可急剧恶化复合装药结构的高速撞击安全性。

一种高速破片加速装置设计研究

针对研发、检测弹药的安全性试验需求,通过分析高速弹丸加载的内弹道特性,结合身管结构的力学和强度分析,设计了一种采用火药燃气驱动技术的高速破片发射装置,该装置口径为25mm,长度4m。设计最大装药量200g,发射最大弹丸质量75g,最大膛压250MPa。计算了该装置速度、压力与装药量、弹丸质量的关系,并与试验结果进行比较,发现二者具有较好的一致性。利用该发射装置,可将65g质量的弹丸发射至1840m/s,实现了破片的高速可控加速,可应用于弹药的破片撞击安全性考核。

高速破片对半无限厚钢靶的侵彻试验研究

进行了典型高速破片对半无限厚45号钢靶侵彻试验,并根据Tate-Alekseevskii弹体侵彻模型及理想刚塑性材料模型假定,推导了高速破片冲击下,半无限厚钢靶的侵彻深度计算公式,提出了靶体的抗侵彻阻力以及靶体材料动态屈服强度的计算方法,计算侵彻深度与试验结果吻合良好。结果表明:半无限厚45号钢靶的抗侵彻阻力约为5.246倍静态屈服强度;在平面应变侵彻条件下,当弹速为500～1300m/s时,45号钢的动态屈服强度约为静态屈服强度的2.998倍;弹体的临界侵彻速度为319.9m/s,冲击速度小于临界侵彻速度时不会发生侵彻。

高速破片入水镦粗变形及侵彻特性有限元分析

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中侵彻的阻力特性,采用有限元对典型高速破片入水侵彻过程进行了模拟,计算了破片侵彻的阻力系数,分析了破片墩粗变形规律及其对侵彻阻力的影响,提出了考虑墩粗变形影响的高速破片侵彻阻力及速度计算公式,指出了高速破片的侵彻能力随速度的变化规律。结果表明,初速度大于969～1 187 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,入水侵彻深度随初始弹速的增大而增大,当破片速度达到某一临界值以后,侵彻深度将随初始入射速度的增大而逐渐减小。

基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟

基于大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立三维长方体高速破片在水介质中运动的有限元动力分析模型,采用ALE方法对破片在水下运动过程进行流固耦合数值模拟,获得了破片的速度衰减曲线.研究了速度衰减规律、破片墩粗变形规律以及冲击波传播过程.得到高速破片的侵彻能力随速度的变化规律：当初速度大于910～1115 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,水中侵彻距离随破片初速的增大而增大,当破片速度达到某临界值以后,侵彻距离将随初始速度的增大而逐渐减小.

高速破片侵彻液舱的速度衰减特性

为分析高速破片侵彻液舱速度衰减特性,开展不同形状破片高速侵彻系列仿真研究。仿真模型包含方形破片、球形破片、平头破片、圆头破片4种不同破片形状,并模拟了各种形状破片在不同初始速度下的速度衰减过程。仿真结果与文献[14]中的试验结果进行对比,验证了仿真方法在超空泡条件下预报破片速度衰减的准确性。对仿真速度衰减结果进行分析,结合破片速度衰减理论公式,获得各计算工况下破片速度衰减阻力系数。通过对比破片阻力系数发现:球形和圆头破片较方形和平头破片有着更小的阻力系数和更强的侵彻性能;相同形状破片阻力系数随着破片尺寸参数的增大而逐渐减小。

超高速破片对生物杀伤能力的评价标准初探

目的 通过观察超高速武器对生物的杀伤特点 ,对其杀伤能力的评价进行初步探讨 ,为其防治和武器设计提供实验依据。方法 采用雄性华南犬 9只 ,通过某型爆炸枪分别以 1 5 36 0、1 2 6 4 3和 81 44J能量的超高速破片致伤动物 ,观察动物局部伤情特点和全身主要脏器改变。结果 1 5 36 0J和 81 44J能量的超高速破片所致损伤程度较为接近 ,且明显重于 1 2 6 4 3J能量的破片所致伤情。结论 超高速破片的杀伤力与质量、碰击动量密切相关 ,而与碰击能量无明显联系 ,动量越大 ,杀伤力越强。

高速破片侵彻下防护液舱后板的载荷特性数值分析

利用LS_DYNA软件,对高速破片侵彻防护液舱过程中液舱后板的载荷特性进行仿真研究,分析液舱后板载荷的空间分布特性及破片的速度和厚度对液舱后板载荷的影响,得到了液舱后板任一点的压力峰值和比冲量的拟合计算公式。研究表明,液舱后板的载荷在板中心(即破片中心在液舱后板上的投影点)最大,随着到中心点的距离增加而呈指数衰减;增加破片的速度或厚度,将使液舱后板任一点的压力峰值和比冲量均增大。