杆式EFP侵彻特性及其影响因素研究

针对杆式爆炸成型侵彻体(Explosively formed penetrator, EFP)的侵彻能力问题,利用数值仿真手段开展杆式EFP侵彻特性研究,分析杆式EFP成型形态、着靶速度及材料特性对其侵彻能力的影响,得到杆式EFP成型特征参数在侵彻过程中的影响规律。研究结果表明:杆式EFP在侵彻过程中,除初始阶段(碰撞后)和最后阶段(杆侵蚀后)外,弹体保持恒定速度运动,满足恒速杆假设;稳定侵彻时,随着密实部长度的逐渐减小,中空尾裙部材料不断流入密实部补充其侵蚀损失。增加弹体长度可以在一定程度上提高EFP的侵彻能力,但归一化侵彻深度下降;提高着靶速度和密实部长度可以显著提升杆式EFP侵彻性能。杆式EFP的强度对侵彻的影响有限,但靶体强度不可忽略,弹靶材料密度是影响侵彻体侵彻的主要因素。

柱形装药土介质爆炸成坑效应的数值模拟研究

本文指出在爆炸案件中,为便于携带、掩人耳目,犯罪分子采用的炸药包装物常为瓶、罐等柱形物体;土体是爆炸现场的常见介质,土介质爆炸成坑效应的研究对爆炸案的现场重建等技术工作具有重要意义。为了研究柱形装药土介质爆炸成坑效应,通过量纲分析得出了一定条件下炸坑比例直径、炸坑比例深度是柱体比例半径和比例埋深的二元函数,并通过LS-DYNA模拟了不同柱体比例半径、比例埋深的爆炸成坑过程,根据模拟实验数据拟合出了该函数关系,最终得到了爆炸抛掷作用直径、炸坑真实深度与装药半径、炸药埋深之间的关系。

复合反应破片爆炸成型与毁伤实验研究

研究爆炸成型复合反应破片的成型过程及其对目标靶的终点效应.设计了球缺形药型罩的小长径比爆炸成型复合反应破片装药结构方案,应用脉冲X光摄影系统拍摄复合反应破片的形成过程.实验结果表明,药型罩在压垮过程中成功实现对反应材料的包覆,包覆及飞行过程中反应材料性能安定;从破片侵彻靶板结果看出,复合反应破片在撞靶时发生化学反应,毁伤效果比惰性侵彻体有大幅提高,利用金属药型罩动态包覆反应材料形成复合反应破片方法可行.研究结果可为反应破片战斗部的工程应用提供参考.

药型罩壁厚对EFP成型性能影响试验

为了得到EFP成型性能与药型罩壁厚之间的关系,进行了不同药型罩壁厚的EFP侵彻钢靶板实爆试验。通过网靶测速、EFP对40 mm钢靶板的破孔深度和大小试验,获得了大量EFP速度、破孔深度和大小等数据。试验结果表明:药型罩壁厚对EFP速度和侵彻能力的影响很大,在适当的壁厚条件下EFP能穿透40mm钢靶板。在试验数据分析基础上,得到了药型罩壁厚与EFP的速度和侵彻深度之间的关系和σ/Dk

基于SPH-FEM耦合法的土体爆炸效应数值研究

岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点,为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究,在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法(SPH-FEM)的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明:浅埋装药时最大爆坑深度到达时刻远在最大爆坑直径之前,地基表层砂土体剪切流场对爆坑直径的发展具有决定性作用;随着药包埋置深度的增加存在一个临界爆坑直径,爆坑直径近似认为只与药包当量和埋置深度相关,经简化与经验假定之后得到的爆坑直径与埋药深度之比与比例距离近似呈直线关系;砂土中爆炸波在近区表现为强间断的冲击波形式,压缩作用是造成近区砂土大变形流动的主要因素,而在爆炸远区则转变为连续的应力波形式;土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致。研究结果可以为地基工程的抗爆设计及加固提供参考。

岩石侵彻爆炸效应的数值模拟

运用非线性有限元和爆炸冲击波理论,对侵彻爆炸条件下岩石的破坏效应,如爆炸波传播过程、爆炸成坑效应进行了模拟。计算中对炸药直接划分单元,算例结果验证了所提方法的有效性。

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。

冲击波叠加效应对组合式多爆炸成型弹丸成形的影响研究

为探明组合式多爆炸成形弹丸(MEFP)弹丸的成形机理、研究形成良好弹丸的关键因素,运用LS-DYNA显式动力学软件对同时起爆和时差起爆条件下组合式MEFP成形过程进行了数值模拟计算,并对多个子装药爆轰场冲击波叠加效应进行了理论分析。研究表明:导致中心弹丸易于断裂、速度较快,周边弹丸形状不对称的主要原因是侧壁和罩顶反射冲击波的叠加作用;选用低密度吸能效果较好的填充介质可以减小反射波的强度从而减弱其叠加效应;当起爆时差超过5μs,中心子装药的药型罩会出现过度压垮的现象,不利于弹丸的成形。研究成果为战斗部填充介质的选取、合理装药间距的确定、多点起爆器材精度的确定等关键技术提供了理论依据。

侵彻爆炸条件下岩石边坡破坏效应的数值模拟

运用爆炸冲击非线性有限元理论,对侵彻爆炸条件下岩石边坡的破坏,如爆炸成坑效应、爆炸波传播过程进行了模拟,算例结果验证了本文方法的有效性。在此基础上,假定在拉力作用下单元可以分离,岩石单元和炸药单元之间都为可破坏接触面,对岩石破碎过程进行了模拟,算例结果与实际情况比较符合。

变埋深条件下土中爆炸成坑效应

为了研究在变埋深情况下,炸药在土中爆炸成坑和伴随的应力波传播规律,利用自由场化爆试验和数值模拟相结合的方法,研究了土中装药不同埋设深度爆炸效应问题,描述了爆炸成坑宏观破坏现象,给出了土中压力和实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了土中爆炸成坑的经验公式和压力传播规律。在自由场实验和数值模拟的基础上,得到了变埋深条件下应力波在土中传播规律、爆炸成坑半经验公式、半封闭爆炸阶段弹坑半径预估公式。

一种新型聚能破甲弹的应用研究

基于能量利用的观点提出一种新型聚能破甲弹装药结构,对其破甲性能进行研究;在进行射流与弹丸的成型过程和破甲机理理论分析基础上,采用静破甲实验对该破甲弹装药结构的关键参数和大、小锥角聚能罩材料之间匹配关系对破甲效果影响进行了系统研究。实验结果表明:在各自最佳炸高条件下,该新型聚能装药结构比EFP装药结构,在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下,可以提高穿深达50％左右;进一步深化和丰富了聚能效应内涵。

基于灰靶理论的智能雷毁伤效能评估

针对智能雷毁伤效能评估中存在涉及影响因素多、因素之间有不明确灰色关系和数据不足的问题,以灰色理论中的灰靶技术为基础,用最能反映智能雷毁伤效能的性能指标构造不同智能雷比较方案的模式;通过求解智能雷各方案对标准模式的靶心度,完成了智能雷武器系统攻击坦克目标的毁伤效能评估,确定了各比较方案毁伤效能的优劣。结果表明:采用灰靶理论获得的各方案毁伤效能排序与采用蒙特卡洛法仿真获得的各方案毁伤概率排序完全一致,说明采用灰靶理论评估毁伤效能具有一定的有效性和实用性,可以为智能雷武器系统总体设计和智能雷武器系统方案优选提供一种新方法。

一种新型聚能战斗部的实验研究

本文根据能量利用的观点提出了一种新型聚能战斗部装药结构,指出开展其研究的重要价值;并对其射流与弹丸的成型过程和破甲机理进行了理论分析,在此基础上进行了系统的静破甲实验,并对该战斗部装药结构的一些关键结构参数(例如空孔孔径、炸高、小锥角聚能罩底面直径和锥角角度)和大、小锥角聚能罩材料之间的匹配关系对静破甲效果的影响进行了系统的分析研究。实验结果表明:在各自最佳炸高条件下,该新型聚能装药结构比普通EFP装药结构,在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下,可以提高穿深达50%左右。进一步深化了聚能效应的内涵和丰富了打击目标的手段。

周向MLEFP成型过程的数值计算

为提高周向多线性爆炸成型弹丸的毁伤性能,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对周向MLEFP成型过程进行计算。通过对成型后LEFP性能的统计分析,得出装药长径比对周向MLEFP成型性能的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,周向MLEFP装药结构能够在四个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的;当装药长径比取1.0≤L/D≤1.5时,形成的LEFP速度高,密实度好,集群毁伤效能好。

爆炸成型弹丸对装甲靶板的高速冲击效应研究

爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectiles,简称EFP)垂直高速冲击603装甲靶板实验,呈现了靶板入口卷边花瓣状破坏、出口具有拉伸断裂特征的外翻花瓣形穿孔、入口直径明显大于出口直径等宏观的冲击现象。为了从机理上研究EFP对装甲靶板的高速冲击效应,利用ANSYS/LS-DYNA动力学仿真软件,对整个冲击过程进行了数值模拟,再现了EFP形成、开坑、稳定侵彻、尾翼侵彻和冲塞贯穿的物理过程,模拟结果与实验现象吻合较好,并从原理上分析了实验中各宏观现象产生的原因。研究结果不但认识了EFP冲击装甲靶板的机理,也可为增强装甲防护能力和优化EFP设计提供理论参考,具有重要的现实意义和较高的工程应用价值。

RDX基含铝炸药和TNT浅层土壤中爆炸开坑的数值模拟与试验

为了比较装填TNT和RDX基含铝炸药RL-F的杀爆弹在浅层土壤中的爆炸威力,利用LS-DYNA软件对两种装药弹体在土壤中的爆炸开坑过程进行了数值模拟,分析了两种装药弹体的地面鼓包运动和抛掷开坑的最终形态。结果表明,与TNT装药相比,在鼓包运动阶段,RL-F装药弹体的鼓包横向尺寸、鼓包高度和最大鼓包速度分别提高13.1%、23.8%和16%,爆坑直径、深度和体积分别提高11.5%、34.3%和54.5%。大口径杀爆弹上装填RDX基含铝炸药RL-F,可以较明显地提高弹药的爆破威力。

地雷战斗部爆炸成型弹丸速度影响因素

采用 LS- DYNA3D对 K.Weimann等人做的爆炸成型弹丸实验进行了数值模拟 ,其模拟结果与实验结果具有较好的一致性。在此模拟的基础上着重分析了装药长径比、壳体厚度、药型罩壁厚对爆炸成型弹丸速度的影响规律 ,得到了有关爆炸成型弹丸成型速度关系式 ,为优化爆炸成型弹丸设计提供参考。

爆炸成型弹丸有效装药结构理论分析及试验研究

爆炸成型弹丸装药结构中存在无效装药区,对有效装药结构进行研究,实现去除无效装药,进而提高装药的能量利用率。首先采用理论分析方法,利用等效平板和等效装药假设,将圆柱形装药对大锥角药型罩的抛掷问题进行简化,对有效装药高度进行理论计算并做相应的修正,确定出大锥角药型罩的最佳装药高度;由理论分析结果,设计出两种不同装药结构形式,通过侵彻试验对比其终点效应。试验结果表明,合理设计有效装药结构可以减少约26.5%的装药量,研究结果对EFP战斗部装药结构优化设计具有一定的应用价值。

煤矿矸石山喷爆的形成机制与影响因素

煤矿矸石山喷爆,是煤矿生产中常见的一种灾害。笔者通过灾害个案调查,从通风、降雨、挖掘三个角度探讨了喷爆的形成机制,较为系统地分析了喷爆的影响因素。矸石山中硫化物、油页岩、残存煤等可燃物的成分、含量及聚集状态,矸石的力学性质、破碎程度、堆积形式等是矸石山喷爆的内部原因;通风、降雨、气温、挖掘等燃烧条件的改善,是矸石山喷爆的外部原因。通过本文的分析与研究,旨在加深对矸石山喷爆的认识。为其灾害的预防与治理奠定基础。

高效聚能战斗部对圆柱壳靶板毁伤效应研究

对一种圆锥、球缺组合药型罩高效聚能战斗部展开研究。分析其作用机理,建立该战斗部侵彻圆柱壳靶板的力学物理模型,进行数值模拟计算。研究表明,该战斗部利用聚能射流能为后续EFP弹丸随进破坏提供运动空间,增强对目标的破坏效应。