针对侵爆弹的毁伤效能评估方法

基于侵爆弹毁伤特征,提出针对侵爆弹的毁伤效能评估通用方法,建立了评估模型和计算流程,并以侵爆弹打击机库为例,整合并提出了相关算法,开发了软件工具,进行了毁伤效能评估案例分析。案例分析中,研究对比了侵彻速度、入射角度、目标尺寸、投射精度等因素的影响,表明了弹体威力参数以及目标参数与毁伤结果间的关系。提出的方法较为明确地给出了毁伤效能评估的内涵定义、评估内容、评估技术要点,对于侵爆弹打击其他坚固目标的毁伤效能评估具有较强的指导意义和参考价值。

沉箱码头在空中和水下爆炸作用下的累积毁伤效应研究

为了揭示沉箱码头在空中接触爆炸和水下近距离爆炸荷载作用下的累积毁伤效应,对沉箱码头模型开展多类型单次组合爆炸试验,并建立有限元模型对沉箱码头的毁伤过程进行数值模拟,分析了空中、水下单次组合爆炸作用下沉箱码头的毁伤发展和破坏机理。结果表明,在空中爆炸和水下爆炸下,沉箱码头呈现出不同的破坏模式,空中接触爆炸下沉箱码头仅上部面板局部破坏,面板爆心位置形成局部破口,而水下近距离爆炸下沉箱和面板均发生明显破坏,沉箱迎爆面中下区域混凝土保护层破碎,面板与管沟连接处形成横向通长裂缝。在空中和水下单次组合爆炸荷载下,沉箱码头上部结构的破坏现象和毁伤程度存在叠加效应,码头面板的二次毁伤在已毁伤形态的基础上发展形成,二次毁伤现象与单次爆炸下的毁伤现象具有一定相似性和累积效应。空中和水下单次组合爆炸作用下,码头面板和管沟连接区域由于应力集中为码头的薄弱部位,沉箱封仓板由于上下填砂的缓冲作用毁伤效应较轻微。

活性/金属串联爆炸成型弹丸侵爆耦合毁伤行为

为提升爆炸成型弹丸(EFP)对目标的综合毁伤效应,提出一种活性/金属复合球缺药型罩聚能装药结构,其复合药型罩包括内层紫铜药型罩和外层活性药型罩,外层活性药型罩由质量配比73.5%/26.5%的聚四氟乙烯(PTFE)/Al含能粉体经冷压、烧结制备而成。采用静爆实验研究活性/金属串联EFP对间隔靶的侵爆耦合毁伤行为。研究结果表明:活性/金属串联EFP对间隔靶既产生了有效的侵彻作用,也能在靶间发生类爆轰反应,提高对间隔靶的毁伤效应;活性/金属串联EFP对间隔靶的侵彻层数和开孔直径显著受厚度影响,随间隔靶前两层厚度从10 mm增加至20 mm,贯穿总层数从6层降至3层,开孔直径也明显减小;采用SPH算法,仿真发现活性/金属复合药型罩在聚能作用下形成了紫铜EFP在前,活性EFP部分嵌入前驱紫铜EFP内的复合侵彻体;通过反应延迟时间引入和材料模型转换,数值模拟进一步揭示了尾随活性EFP类爆轰反应引发前驱紫铜EFP膨胀,导致开孔直径扩大而侵彻能力下降的作用机理。

侵爆战斗部对桥梁结构及桥面目标的毁伤研究

为获取侵爆战斗部终点弹道参数对桥梁以及桥面目标损伤效应的影响规律,建立战斗部侵彻桥梁并起爆的整个过程非线性动力学仿真模型,分析不同侵彻速度与不同引爆延时下桥梁产生的裂纹、结构失效分布以及桥面冲击波的传播规律。研究结果表明:基于桥梁失效分布计算了桥梁损伤后的抗弯能力,侵彻速度为800 m/s时采取1.95~2.95 ms的延时引爆可以使箱梁抗弯能力达到最低;延时14.95 ms引爆可以使最大长度的桥墩混凝土崩落,承载能力最低。基于冲击波超压对目标的损伤判据,侵彻速度为800 m/s时采取0.95 ms左右的延时引爆可以在爆心半径3 m范围内重伤或致死桥面人员,装甲车辆受到轻度或中等破坏。研究成果可为侵爆战斗部侵彻速度及引爆时间合理设置,为增大桥梁损伤程度提供参考。

不同撞击速度下压装炸药损伤规律研究

为研究压装成型装药在不同撞击速度下损伤演化规律及破坏形式,设计了缩比实验弹并应用125 mm口径滑膛炮进行了弹体高速斜侵彻单层钢靶板实验.对侵彻后实验弹进行回收,利用CT扫描/SEM无损检测技术在宏观和细观尺度上观测装药损伤特性,并采用LS-DYNA软件对侵彻单层钢板过程进行了数值仿真,分析不同撞击速度下侵彻过程中的装药内部受力情况.结果表明:弹体高速斜侵彻钢靶板时,装药上侧受力苛刻,易出现损伤,随着速度的增大,壳体及装药头部受力加剧,在惰性缓冲体防护下装药头部受力仍苛刻,头部装药损伤严重.宏观上观测装药主要发生断裂,形成裂纹损伤;细观上观测,装药主要破坏形式是穿晶断裂.

侵彻单层靶时着靶姿态对装药损伤的影响规律研究

为研究着靶姿态对高速侵彻弹装药损伤的影响,依据实际战斗部的结构尺寸设计了小尺寸模型试验弹,在125 mm口径的滑膛炮发射平台上开展了试验弹以不同攻角斜侵彻单层钢靶试验。通过理论计算得到着靶姿态对侵彻过程能量损失的影响。利用CT扫描无损检测技术观测不同着靶姿态下试验弹内部的损伤情况。运用LS-DYNA对试验弹侵彻钢靶过程中装药的力学响应过程进行模拟计算。结果表明:在斜侵彻单层钢靶的过程中,着角一定时,能量损耗与攻角呈指数关系;试验弹的倾角越大,装药尾部受到的应力波拉伸压缩反复作用越明显,装药在侵彻过程中长度变化越大,更易出现深度裂纹、塌边等损伤;壳体外形变化会引起装药受到的压缩应力阻碍微裂纹的扩展和滑移,减少宏观损伤的出现。

间隔双破片对2A12铝合金靶板的联合毁伤和穿透能力研究

为了探究间隔双破片在不同间隔距离和不同时序条件下对2A12铝合金靶板的毁伤效果和穿透能力,采用Autodyn软件对双破片撞击2A12铝合金靶板的过程进行数值模拟,分析了靶板穿孔破坏形式和破片剩余速度。数值模拟结果显示:在一定着靶距离和时间间隔范围内,双破片的侵彻行为对2A12铝合金起到联合毁伤的效果。当间隔距离一定时,随时间间隔的增大,双破片的剩余速度呈增大趋势,且后着靶破片的剩余速度始终小于先着靶破片的剩余速度;当时间间隔一定时,随间隔距离的增大,先着靶破片的剩余速度逐渐增大,而后着靶破片的剩余速度先减小后增大。研究结果可为预制破片杀爆战斗部的设计及毁伤评估提供参考。

氟聚物基活性材料释能及毁伤特性研究进展

氟聚物基活性材料是一种具有冲击反应释能特性的新型材料,在军事领域具有广泛的应用前景。为掌握氟聚物基活性材料的释能与毁伤特性,推进其在高效毁伤战斗部中的应用,研究梳理了氟聚物基活性材料冲击释能反应行为以及引燃引爆、侵爆耦合毁伤效应的研究现状,着重介绍了分离式霍普金森压杆实验、准密闭弹道实验和爆炸加载实验等在释能特性方面的研究进展;毁伤特性方面整理了反应弹丸、破片及反应射流的相关研究进展,重点说明了氟聚物基活性材料在聚能装药中的应用设计和反应射流成型的研究成果,及相关的反应模型和数值仿真的研究。在此基础上,讨论了未来研究方向:建立系统性反应模型与仿真方法;通过配方、工艺等参数对其性能进行调控;释能反应观测表征技术的创新与探索以及工程应用设计等。

抗战斗部侵彻爆炸作用的混凝土遮弹层设计

准确评估战斗部侵彻爆炸作用下混凝土遮弹层的损伤破坏可为防护工程设计提供重要参考。首先基于Karagozian&Case(K&C)模型框架建立了新型混凝土动态损伤本构模型,其中强度面综合考虑了静水压力、Lode角、应变率和损伤;独立描述了拉伸和压缩损伤,并考虑了拉压之间的连续过渡以及剪切变形和体积压缩对损伤的贡献。随后,开展了半无限厚混凝土靶体的105 mm口径弹体侵彻爆炸联合作用试验。进一步通过对上述试验和已有有限厚混凝土靶板的预制孔埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了所建立的本构模型、参数取值和有限元分析方法在描述混凝土动态阻力、损伤演化和开裂行为方面的准确性。最后,确定了SDB、WDB-43/B和BLU-109/B三种典型战斗部以声速侵彻爆炸普通混凝土的临界贯穿和临界震塌厚度。结果表明:SDB、WDB-43/B和BLU-109/B战斗部侵彻爆炸作用下混凝土的临界贯穿厚度分别为1.4、3.4和3.8 m,临界震塌厚度分别为3.6、6.3和8.3 m;由于携带炸药量的差异,不同战斗部侵彻爆炸下的临界贯穿和临界震塌厚度与侵彻深度的比值非定值,相应的比值范围分别为1.49~2.13和2.90~4.66。

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。

陶瓷材料抗冲击响应特性研究进展

从陶瓷材料的本构关系及损伤模型,抗冲击响应实验研究包括实验技术、应变率效应、Hugoniot弹性极限和动态屈服强度以及失效波现象等方面,对弹丸冲击下陶瓷材料的抗冲击响应特性研究进行了较为系统的回顾,最后分析了陶瓷材料抗冲击响应特性数值模拟技术的研究现状,探讨了陶瓷材料抗冲击响应特性研究的发展趋势。

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。

药型罩参数对周向MEFP成型的影响

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件数值模拟研究了药型罩参数对周向MEFP成型的影响。通过对成型后的集群EFP性能统计分析,得到药型罩曲率半径、壁厚和口径对周向MEFP成型性能的影响规律和参数之间的合理匹配关系。结果表明,在爆炸载荷作用下,周向MEFP装药形成的中间层EFP速度明显大于边缘上下层EFP速度;而且当药型罩曲率半径与口径比率为0.9<r/Dk<1.1、药型罩壁厚与口径比率为0.06<δ/Dk<0.08、药型罩口径与装药直径比率为0.24<Dk/D<0.30时,周向MEFP装药形成的EFP速度高,整体动能大,集群毁伤效能好。

反舰导弹对舰船侵彻及内爆毁伤研究

利用有限元仿真程序,分析了反舰导弹侵彻舰船过程中的结构变化和过载响应,获得了战斗部侵入舱体后的位置信息,据此确定出弹靶舱室内爆的初始条件,开展了模拟舱室抗装药内爆的结构设计和静爆试验。研究结果表明:反舰导弹能够穿透高强度钢制舷体,在目标内实现内爆效应;模拟舱室在内爆情况下发生因焊接缝裂开致结构垮塌;加厚壁结构弯曲变形吸收冲击波能,局部凹陷,整体无破坏,能够起到防护重要舱室的作用。

破甲/杀伤多用途战斗部结构设计及试验研究

为使战斗部能够打击多种目标，在保持原单兵破甲战斗部的质量、外形结构和破甲威力基本不变的条件下，利用新型薄型波形控制器、半预制壳体和精密破甲战斗部技术，设计了破甲／杀伤多用途战斗部。采用射流垂直穿深试验、射流大间隔靶和破片杀伤试验，研究了改进后单兵破甲弹的射流穿深和破片杀伤威力。结果表明，设计的多用途战斗部在大炸高下使射流侵彻带前挂板加厚度80mm／50°均质靶后，还可穿透不低于3块厚度lOmm的9235靶板。周向杀伤破片能穿透距爆心5～lOm处厚度1．5mm的9235鉴证钢板，破片密度不小于2枚／m^2，实现战斗部多功能的打击需求。

破片形状对复合靶抗侵彻性能影响的实验研究

采用系列弹道实验,研究了双层钢/铝爆炸复合靶在不同形状破片侵彻作用下的毁伤机理和抗侵彻性能。实验采用14.5mm滑膛枪发射直径6mm的钢质球形破片和边长4.2mm的钢质立方体破片。基于实验结果,分析了不同形状破片侵彻下靶板的毁伤机理和破坏模式,讨论了破片形状、动能及靶板厚度分布等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形破片和立方体破片的侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;复合靶板抗立方体破片侵彻性能优于抗球形破片侵彻性能;在球形破片的侵彻作用下,当靶板厚度一定时,复合靶板的抗侵彻性能随钢面板与铝背板厚度比的增大而提高,对于立方体破片则相反。

超高性能混凝土抗侵彻及抗爆炸性能研究

采用不同品种纤维增强技术,通过大掺量超细工业废渣取代水泥熟料,制备出了超高性能纤维混凝土,研究了超高性能混凝土靶体抗侵彻和抗爆炸性能,测试了不同靶体的侵彻深度和爆炸损伤.研究表明通过钢纤维和玄武岩纤维混杂增强技术,显著提高了超高性能混凝土的抗侵彻和抗爆炸性能.掺入玄武岩粗骨料的混凝土第二次侵彻深度有所降低,但含粗骨料的混凝土在侵彻作用下开裂情况较不含粗骨料的混凝土严重,混杂纤维增强的超高性能混凝土具备更加优异的抗爆炸性能.

球形弹丸作用下钢/铝爆炸复合靶的抗侵彻性能

采用14.5mm滑膛枪发射直径6mm的钢质球形弹丸对双层钢/铝、3层钢/铝/钢爆炸复合靶进行侵彻实验,借助LS-DYNA3D非线性有限元程序进行数值模拟,应用固连-失效模型反映层间结合,分析了不同组合形式对靶板抗侵彻性能的影响,并对毁伤机理进行初步分析。结果表明:靶板总厚度一定时,3层靶的抗侵彻性能优于双层靶;双层靶的钢面板与铝背板厚度比为约2∶1时抗侵彻性能最好。面板的毁伤机理为剪切冲塞耗能,铝背板的毁伤机理为延性扩孔,钢背板为开瓣扩孔;数值模拟同实验结果吻合良好,表明固连-失效模型可以较好地反映出层间结合对抗侵彻性能的影响。

侵彻过程冲击载荷对装药损伤实验研究

针对高速钻地弹侵彻过程的装药损伤所引起的炸药不安全问题,采用装药缩比弹侵彻试验后回收内装药样品的方法,观测分析某新型炸药装药侵彻后的外观和密度变化,并通过损伤样品的冲击起爆隔板试验,测试其临界隔板厚度变化,进一步研究侵彻过程冲击载荷对装药损伤的影响。试验结果表明,弹体不同位置的装药损伤程度不同,其中弹体头部和尾部装药损伤明显,中部装药损伤相对较轻;且装药损伤程度随侵彻速度增大而增大,冲击起爆感度提高也越趋明显。

PBX装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟

为探究浇注型高聚物粘结炸药(PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况,将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型,拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力学响应,利用动力有限元数值软件模拟了含装药弹体侵彻混凝土靶板中炸药的力学损伤响应,分析了炸药应力波的传播、压力分布和三种损伤分布及演化。结果表明,加载初期炸药装药的头部承受较大的压缩应力,当应力波传播至尾部反射回拉伸波时,由于弹体的惯性作用,装药尾部和壳体内表面发生撞击,迅速形成高压区,压力高至0.25 GPa,因此装药头部和尾部损伤较为严重,应作为重点防护区域。