增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明:增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。

分段弹芯对陶瓷/钢复合装甲的侵彻行为

针对高速弹靶作用时穿甲弹芯发生变形及破碎的现象,设计一种两级分段弹芯结构,采用有限元仿真软件对两级弹芯结构侵彻陶瓷/钢复合靶板进行数值模拟。根据弹靶作用过程中的弹靶破坏模式、两级弹芯结构的运动规律,对侵彻过程进行阶段分析,并在此基础上探讨弹芯长度比例、间隔距离等因素对两级弹芯结构侵彻性能的影响。研究结果表明:两级弹芯结构较普通弹芯的侵彻深度增加率可达到16%以上;两级弹芯长度比例和间距对侵彻效果影响较大,选择合理的长度比例和间距有助于提高两级分段弹丸对陶瓷/钢复合靶板的侵彻性能;研究结果为两级分段弹芯的设计及应用奠定了基础。

不同类型破片侵彻钢轨靶板试验研究

针对不同形状破片侵彻钢轨破坏规律的问题,通过设计多种工况破片侵彻钢轨试验方案,开展5、10、15 g球形、圆柱、立方体破片不同速度侵彻钢轨试验,采集侵彻深度和开孔面积参数数据,试验结果表明:破片速度、质量、形状对钢轨侵彻深度和开孔面积都有影响;破片形状不变,速度越高、质量越大侵彻深度和开孔面积越大,超过10 g破片质量的增益对侵彻深度和开孔面积增益不明显;等质量不同形状破片,不同速度侵彻钢轨的开孔面积与比动能规律一致,侵彻速度与开孔面积、比动能呈正相关,可依据比动能大小来衡量等质量不同形状破片杀伤面积大小。此结论可为破片战斗部破坏铁路钢轨毁伤评估和防护提供数据支撑,具有一定的工程应用价值。

自走式青贮玉米切碎打捆装置设计研究

为解决青贮饲料切碎装置和打捆装置切碎兼容性差、草捆压实度低等问题,设计了可变位切碎装置和橡胶“人字形”钢辊打捆装置。利用有限元对切削装置主要结构零件进行了分析和仿真处理,通过比较两种刀具材料对切碎的受力情况,得出60锰(Mn)钢比45钢拥有更好的切碎效果;刀具质心轴线与理论轴线径向偏移距离小至1 mm,可满足使用要求;以恒定的刀具转速,进行了5把刀具数量切削的试验分析,结果表明切碎刀具为32把时切碎均匀性最佳,达91%。通过分析切碎均匀性和打捆密度间的线性关系,得出切碎均匀性与成捆密度的线性关系。对打捆仓谷物堆积进行运动分析,结果表明同步带下平面与水平面方向夹角直接影响秸秆的压实度。改进设计的可变位切碎装置可满足较大范围的不同作物的切碎需求,浮动钢辊式设计可增加轴面与秸秆间的摩擦力。相对于传统机具,整个改进装置拥有一定的切碎打捆优势。

G45钢破片对中大口径弹体侵彻仿真分析

为了研究不同质量G45钢破片对中大口径弹药壳体侵彻效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立破片侵彻壳体模型。将弹药壳体通过等效公式换为Q235钢板,开展了在不同速度下,不同质量G45钢破片侵彻等效靶板Q235钢数值模拟仿真。仿真分析结果表明:相同质量下,G45钢破片撞击靶板侵彻深度与侵彻直径随着速度增加呈现递增趋势;得到了4.7 g,9.8 g小质量G45钢破片在800~1800 m/s速度范围内无法有效穿透中大口径弹体等效靶的结论;19.5 g G45钢破片侵彻20 mm的中大口径弹体等效靶的极限穿透速度范围在1200~1400 m/s之间。

新型空心钢管支护与空心螺纹管支护的作用效果分析

通过试验对比新型空心钢管支护与空心螺纹钢管支护对碎裂区的支护效果,为新型材料的应用提供参考。试验结果表明,新型空心钢管支护的应力相对于空心螺纹钢管减小了22.2%~28.6%,支护体周边的松动圈范围缩小了23.5%~36.4%;在支护期间,新型空心钢管的支护应力随着碎裂区的增大而增加,其内部填充材料具有一定的缓冲作用,能够抑制碎裂区的快速发育,从而减小松动圈的范围。新型空心钢管支护技术在控制围岩变形上优势更明显。

破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析

为了从理论角度分析钢/陶瓷/钢复合板抵御爆炸破片的侵彻能力,将钢/陶瓷/钢复合靶板简化为由单层的薄板(钢面板)与陶瓷/钢复合靶板组合而成,建立了破片侵彻复合板过程的理论分析模型。结合Florence模型推导了弹体穿透钢/陶瓷/钢复合靶板的剩余速度公式。采用非线性动力学计算程序AUTO-DYN模拟了圆柱形破片对钢/陶瓷/钢复合靶板的侵彻过程,模拟结果与理论计算结果吻合较好,推导得到的理论公式具有一定的工程实用性。

高破片率钢预制破片弹毁伤效能分析

为提高某制式杀伤爆破榴弹毁伤能力,提出改普通D60钢弹体材料为高破片率钢弹体材料。文中将高破片率钢预制破片弹与某型号制式杀爆弹的毁伤能力进行理论计算对比,结果表明:钢预制破片弹杀伤威力较制式弹提高了70%;静爆试验对比,结果表明:钢预制破片弹对12m以内8mm厚装甲钢板具有较强的毁伤能力,杀伤威力较制式弹提高了73%。理论计算与静爆试验结果基本吻合,高破片率钢预制破片弹较制式杀爆弹毁伤能力显著提高。

高速钨合金破片对中厚钢靶的穿甲效应研究

研究高速钨合金破片对中厚靶的穿甲效应。通过φ7.0 mm钨球对15 mm和20 mm厚Q235钢靶的高速垂直穿甲试验获得相应的弹道极限速度和穿孔深度;在此基础上,标定仿真参数;通过仿真获得其余尺寸钨球及钨柱侵彻不同厚钢靶的弹道极限速度或穿孔深度;分析了高速钨合金破片对钢靶的侵彻过程。研究结果对相关预制破片战斗部威力优化设计和威力评估提供了依据,研究思路和方法对其它相关研究具有借鉴和参考价值。

钨合金球形破片对低碳钢的穿甲极限

研究特定质量钨合金球形破片对低碳钢侵彻与贯穿中的极值。针对钨合金球形破片对半无限和有限厚度低碳钢的高弹速穿甲,首先通过数值仿真得到了典型直径破片的极限侵彻深度,同时获得了球形破片直径与极限穿透厚度的关系;在此基础上,针对不同直径破片进行了穿甲实验,实验结果与数值仿真及分析具有较好的一致性,根据实验现象和数值仿真分析了不同撞靶速度下破片的破损形式。研究结果具有重要的应用价值。

TC4钛合金及40Cr钢破片中绝热剪切带的TEM分析

对含有约热剪切带（ＡＳＢ）的ＴＣ４钛合金及４０Ｃｒ钢破片作了扫描电镜（ＳＥＭ）和透射电镜（ＴＥＭ）分析。结果表明，ＴＣ４钛合４０Ｃｒ钢中的ＡＳＢ是由平均直径不到０．３ｕｍ的微晶组成，微晶列有一定择优取向，电子衍射花样表现为不连续的环状。ＡＳＢ内位错密度均很低，其邻近基体区含有高密度位错。

内部爆轰加载下的钢管膨胀断裂研究

采用一种改进后的前照明分幅摄影技术,研究了45号钢管在三种不同猛度炸药加载下的膨胀断裂行为,得到了与材料动态断裂行为有关的一些参数值。还结合壳体材料性质及载荷强度,对破片的断裂特征及尺度分布进行了讨论。

冲击波和预制破片复合作用下H型钢柱损伤效应分析

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏.分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异.同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律.结果表明,近爆作用下,冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加.在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4.应合理选择钢材强度等级,不要盲目选择高强钢材.通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大.圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差.

钨球对高硬度钢斜侵彻效应

为研究高硬度钢板抗不同着角钨球的侵彻性能及破坏模式,通过弹道枪进行了∅8 mm、∅11 mm钨合金球形破片以0°、20°、40°着角撞击厚度为6 mm、8 mm的高硬度钢板试验,得到了极限贯穿速度v_(50);分析了钨球轴向径向变形及靶板失效模式与撞击速度的关系,发现高硬度钢板失效模式主要为压缩开坑破坏和沿厚度方向剪切破坏。采用有限元方法对试验进行了模拟,验证了数值模型及参数的合理性,并运用数值模拟方法研究了撞击着角对靶板吸能模式影响,结合试验数据,修正已有极限贯穿速度计算公式。结果表明:随侵彻着角增大,极限贯穿速度提高,且着角越大,极限贯穿速度增长越快;随着角增大,靶板吸能模式逐渐由压缩开坑向剪切冲塞过渡,且着角大于50°时,剪切冲塞耗能将超过压缩开坑耗能;修正后极限贯穿速度计算公式适用范围更广、精度更高,具有较好工程应用价值。

不同形状的预制钨破片正穿甲钢靶的破孔能力分析

为了探究不同形状和初始动能条件下预制钨破片对中厚钢靶的穿甲问题,采用LS-DYNA动力显示分析软件分别对不同初速条件下,3种形状破片撞击钢靶的过程进行仿真模拟。通过对比分析弹靶毁伤形貌和破片速度时程曲线等,得到了形状和初始动能对穿甲威力影响的变化规律。仿真结果表明:相同初始条件下,不同破片形状对钢靶的侵蚀程度不尽相同,但侵彻机理相似;侵彻动能的增加对穿甲威力的提升影响显著,穿甲威力随侵彻动能的增加而增大;初始动能相同时,立方体形破片破孔能力最强,圆柱形破片次之,球形破片最弱;与此同时,立方体形破片在穿甲过程中速度及动能衰减最为严重。

球形破片侵彻高强度装甲钢的弹道极限速度计算

为了研究弹道极限速度对高强度装甲钢抗弹性能的影响,依据A-B模型将球形破片对高强度装甲钢的侵彻过程分解为三个不同的阶段:初始压缩阶段、惯性压缩阶段和绝热剪切阶段,给出不同阶段的能量损失计算公式,进而推导出弹道极限穿透速度的计算公式,并将其计算值与实验值进行了比较.结果表明,实验数据和模型计算结果的误差在10%以内,证明了其计算公式的正确性.

冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱抗爆设计

为分析近距爆炸冲击波和预制破片联合载荷作用下H型钢柱的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS-LSDYNA,采用参数化研究方法,在圆柱型炸药外侧设置预制破片,对钢柱的截面尺寸、炸药的比例距离和钢柱的防护加固进行定量研究。研究结果表明:在相同用钢量下,为提高钢柱的抗爆能力,应尽量选择翼缘宽度小于等于腹板高度的截面类型;腹板厚度较厚时,钢柱不易发生屈曲失稳破坏;较小的高厚比和宽厚比有利于提升钢柱的抗爆性能;在比例距离相同时,炸药量对钢柱的抗爆性能影响较大,在钢柱抗爆设计时应将炸药量作为主要考虑因素;在炸药量相同时,随着距离因素R增加,钢柱的破坏程度逐渐降低,但最终破坏作用呈现趋同的效果;在距离因素R相同时,随着炸药量的增加,钢柱的破坏程度逐渐加重,且破坏效果具有加速破坏效应。外粘CFRP材料对H型钢柱防护效果良好,从经济性考虑,黏结1层CFRP板就能起到很好的防护效果。

内部爆炸加载下变壁厚壳体破片的宏观与金相分析

为优化变壁厚结构战斗部破片形态以提高毁伤威力,通过砂箱静爆法回收了壳体生成的自然破片,观察分析了破片形态和断裂模式,并采用扫描电子显微镜对典型破片进行了金相分析,得到了破片质量分布和金相图片。结果表明,从小端起爆时壳体发生拉剪混合断裂的范围明显比大端起爆时小;大锥角壳体典型破片靠近端面部分的厚度方向中部存在微裂纹和孔洞,随着厚度减小逐渐消失。变壁厚壳体通过调整结构和起爆端位置可控制破片的大小和形状。

预制破片侵彻均质装甲钢的极限穿透速度

通过对预制破片侵彻均质装甲钢的过程进行受力分析,推导预制破片极限穿透速度的计算公式,分别对3种形状规则预制破片的极限穿透速度进行理论计算,并通过实弹驱动试验和弹道枪模拟复核试验测得极限穿透速度与理论计算结果相对比,得出理论计算结果与试验结果的误差,通过数据分析处理给出计算公式的修正系数。

钢/纤维复合板对破片弹速侵彻吸能机制及分析方法

研究钢/纤维层合复合板对破片弹速侵彻防护性能的理论分析方法。采用破片模拟弹丸(FSP)结构模拟破片,通过12.7 mm弹道枪驱动FSP弹体对4 mm钢/12 mm芳纶纤维和5 mm钢/10mm芳纶纤维2种结构复合板进行弹速侵彻试验。根据试验结果和现象分析不同结构复合板的破坏特征,分析FSP弹体对前置钢板与后置芳纶纤维板的破坏模式及钢/芳纶复合板的弹道吸能机制。据此,采用能量和动量守恒理论,建立了破片弹速侵彻下钢/纤维复合板面密度吸能的分析模型。