基于AUTODYN的EFP动能干扰协同作用仿真研究

为提高传统特种能源成型干扰器(EFP)侵彻部的侵彻范围和干扰效果,通过对EFP侵彻部进行结构优化,在不影响EFP成型的基础上,将预制破片和EFP侵彻部这2种干扰元进行融合,形成EFP动能干扰复合侵彻部。采用AUTODYN有限元分析软件将动能干扰侵彻部的壳体结构和药型罩外形对破片运动状态和药型罩变形情况的影响进行数值模拟。结果表明,采用球缺形药型罩有利于形成EFP;当壳体与水平角度在-8°~-10°范围内,预制破片和形成的EFP速度最大,可增大侵彻部的干扰效果。

罩间隙对3层串联EFP成型影响数值模拟研究

为了研究不同罩间隙对3层串联EFP战斗部的影响,以3层球缺药型罩为基础,设计了无罩间隙、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mm罩间隙,共6种方案,运用LS-DYNA软件进行仿真模拟,对得到的结果进行了对比分析。结果表明:罩间隙的存在会影响3层串联EFP的成型,增大3层串联EFP的长径比;提高中层罩和内层罩形成的EFP的速度,增强3层串联EFP的侵彻能力,罩间隙为0.5 mm时速度增加量最大,分别为12.58%和16.76%;6种方案中,罩间隙为0.4 mm时,形成的3层串联EFP侵彻能力最强。

一种异形罩多尾翼EFP成型及其侵彻效能研究

为获得具有良好气动外形和毁伤效果的爆炸成型弹丸(EFP),基于EFP的成型理论,提出一种可形成多尾翼EFP的异形药型罩,并通过控制变量法研究其结构参数对EFP成型形态、威力特性和气动特性的影响规律。仿真结果表明:异形罩能可靠形成尾翼EFP;对于尾翼EFP的成型,半径比影响弹丸形态的转化;厚度比影响尾翼的形成位置和大小;圆弧半径比影响翼尖位置。通过因素影响程度分析可知,对于弹丸威力特性,厚度比为主要影响因素;对于弹丸气动特性,圆弧半径比为主要影响因素。对比靶板侵彻结果,异型侵彻体对靶板的通径提高19.24%,可产生更多靶后破片。研究结论可为尾翼EFP设计提供参考依据。

氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形影响的研究

目的研究氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形的影响,指导药型罩的研制设计和生产过程的质量控制。方法从微观组织、冲击韧性和高温力学性能3个方面探讨不同氧含量(0.001%和0.09%,质量分数,下同)对T2纯铜药型罩EFP成形的影响,并进行静爆试验进行对比验证。结果微观组织表征结果显示,2种试样的晶粒度基本一致,均存在再结晶组织,但氧含量为0.09%试样在晶界处存在大量的Cu2O。冲击韧性试验表明,在相同工况条件下,与氧含量为0.001%试样相比,氧含量为0.09%试样的冲击功大幅度降低。由高温力学性能试验可以得出,氧含量为0.09%试样的抗拉强度和断面收缩率均小于0.001%试样的,且随着温度的升高,降幅趋势增大;在静爆试验过程中,氧含量为0.001%试样的EFP均正常工作,而氧含量为0.09%试样的EFP出现异常,杵体发生断裂,靶板未被穿透。结论氧含量对T2纯铜药型罩EFP成形至关重要。当氧含量较高时,会在晶界处形成偏聚状态的氧化亚铜,进而造成药型罩塑性和韧性大幅下降,影响EFP成形,甚至造成杵体断裂,使EFP成形失败。在选用T2纯铜材质的药型罩时应当严格规定其氧含量。

球缺型EFP战斗部结构优化设计研究

该文采用正交优化设计方法,利用数值模拟手段,对球缺型EFP战斗部优化设计进行研究。分析了战斗部结构参数对EFP成型性能的影响规律,优化得到了口径为Φ65 mm的变壁厚球缺型EFP装药结构方案。该装药形成的EFP速度约为2.5 km/s、长径比约为3.15,对应方案的EFP外形及速度的X光试验结果与仿真计算结果吻合较好。

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

弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对形成侵彻体的影响规律。采用中心点起爆方式,通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径、锥角和壁厚,对比分析形成的侵彻体性能规律,得出药型罩结构参数对EFP速度、长径比等成型参数的影响规律,拟合得到变化曲线及曲线方程。结果表明:弧锥结合罩的圆弧曲率半径、锥角和壁厚存在最优值。基于研究结果优化设计了一种弧锥结合形药型罩,仿真得到了成型形态和成型参数都较佳的EFP,为多模战斗部的进一步设计提供参考依据。

复合药型罩EFP的形成及数值模拟

设计了两种可形成复合EFP的复合药型罩装药结构,即内层等壁厚、外层变壁厚以及内层变壁厚、外层等壁厚的复合药型罩。通过数值模拟及破甲毁伤实验,对复合EFP的形成和透靶毁伤效果进行了研究。结果表明,两种装药结构都可以形成复合EFP。与内层等壁厚、外层变壁厚组成的复合药型罩相比,内层变壁厚、外层等壁厚形成的药型罩效果更好,其后效毁伤区域更大。与单层EFP相比,复合药型罩形成的EFP对目标的毁伤后效效果更好。

钨铜EFP药型罩的制备及成形性能

研究了30W-CuEFP药型罩的制备及成形性能。采用普通钨粉、铜粉和超细钨铜复合粉制备两种不同的棒材,然后测试棒材的锻造性能,最后选用锻造性能好的材料制备EFP药型罩。研究表明:采用普通钨粉、铜粉制备的材料具有较好的压力加工性能;所制备的30W-CuEFP药型罩材料的致密度达98.2%理论密度,退火后材料的抗拉强度达到315MPa,延伸率达15.3%。

不同材料双层药型罩EFP成型及侵彻性能数值模拟

为了研究内外罩材料对串联EFP的成型及侵彻性能的影响,文中设计了5种不同材料组合的双层药型罩,运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件模拟了各组不同材料双层药型罩EFP的成型形态,并与X光试验对照,验证了数值模拟结果的准确性。从数值模拟结果中择优成型性能较好的串联EFP进行静态侵彻试验,从试验结果来看,铝-纯铁组侵彻体开坑直径和入口口径较大,且已击穿钢筋混凝土靶体,表现出了较好的侵彻性能。

算法转换在串联EFP成型以及侵彻过程中的应用

为了研究双层药型罩形成串联EFP以及串联EFP侵彻间隔靶的过程。利用算法转换对这两个过程进行了数值模拟,即串联EFP的成型过程用Lagrange算法来模拟,然后将串联EFP的所有单元转换为SPH粒子,所有粒子都将继承原有的速度等信息,最后利用转换后的SPH粒子来模拟串联EFP侵彻三层间隔靶的过程。结果表明:该算法转换能够有效的模拟串联EFP成型以及侵彻间隔靶的过程。研究结果可为数值模拟算法的选择提供新的参考。

环形EFP的形成和侵彻效应

设计了两种可形成环形弹丸的装药结构——环锥形和环球形EFP。通过数值模拟和破甲试验,对环形弹丸的形成和侵彻靶板的特点进行了研究。结果表明,通过使药型罩由中心向外翻转,两种方案都可在0.5～2.0倍炸高范围内形成环形弹丸,侵彻孔径可达1倍装药口径,穿深可达0.3倍装药口径。相对于环锥形EFP,环球形EFP产生的环形弹丸更完整,稳定时间更长,侵彻靶板的效果更好。与普通EFP和环形射流相比,虽然环形EFP的穿深小,但开孔孔径很大,这为串联战斗部的前级装药设计提供了一种新的技术途径。

关于爆炸成型弹丸（EFP）的研究

根据Ｇｕｒｎｅｙ公式，编制了计算球缺罩或大锥角罩在爆炸成型过程中沿罩母线的速度分布和质量分布的程序。试验结果表明，用这一程序来指导ＥＦＰ的设计工作可以改进ＥＦＰ的成型和性能。

双层药型罩EFP战斗部性能参数的灰色系统理论分析及实验研究

通过LS-DYNA有限元软件计算得到不同装药结构的双层药型罩爆炸成型弹丸(EFP)战斗部成型侵彻体的特征参数,利用灰色系统理论分析了药型罩材料密度、曲率半径、厚度比以及装药密度、装药长径比(L/D)对成型侵彻体不同特征参数的影响规律。基于灰色系统理论分析结果设计了不同装药结构的双层药型罩EFP战斗部并进行了毁伤效应实验研究。实验结果表明当内外药型罩的厚度比为1.33时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体的侵彻深度达到0.67倍装药口径,是具有相同装药结构EFP战斗部成型侵彻体侵彻深度的两倍左右;具有Cu-Cu或Cu-Fe药型罩组合方式的双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体在侵彻深度方面的能力大致相当,但是Cu-Cu药型罩组合方式的战斗部成型侵彻体侵彻钢板的形状近似呈圆形。

不同药型罩壁厚组合影响同轴EFP成型规律研究

运用LS-DYNA仿真软件研究了弧锥结合双层药型罩不同壁厚组合方式对同轴EFP成型的影响规律。以单层紫铜罩形成EFP战斗部的数值模拟和脉冲X光摄影实验研究为基础,对总厚度为3.5mm双层紫铜药型罩,通过改变内外药型罩厚度,对比分析形成同轴EFP性能,得出不同厚度内外药型罩组合方式下同轴EFP成型规律。研究结果表明:内外药型罩分离是由炸药爆轰后产生的冲击波和药型罩自由面反射的卸载波相互作用产生的。内外药型罩厚度比在0.75～2.50时,弧锥结合双层药型罩可成型外形良好的同轴EFP。随着厚度比增大,内外药型罩所形成的两个EFP分离趋势逐渐增大。

基于爆炸成型弹丸(EFP)的大锥角喇叭罩成型规律

为了进一步拓展适用于爆炸成型弹丸(EFP)的药型罩结构,基于弧锥结合罩结构,提出了一种可形成密实EFP的大锥角喇叭罩。根据药型罩结构特点,分析了大锥角喇叭罩与传统弧锥结合罩和球缺罩在压垮过程中的区别和特点;运用LS-DYNA数值模拟软件,计算得到了大锥角喇叭罩的结构参数(虚拟罩高、喇叭曲率半径、圆弧曲率半径和罩厚)对EFP侵彻体速度、长度、密实度等成型参数的影响规律。结果表明,大锥角喇叭罩罩厚对侵彻体的影响主要体现在头部速度,虚拟罩高和圆弧曲率半径则决定了侵彻体长度及密实度,而喇叭曲率半径则主要影响侵彻体头部的成型状态;与传统弧锥结合罩和球缺罩形成的EFP相比,相同质量的大锥角喇叭罩形成的EFP在头部速度、长度、长径比及密实度等方面均具有一定优势,可将侵彻体密实度提高1~3.5倍,具有应用于EFP战斗部的潜力;其适用于较佳EFP成型时各结构参数的取值范围为:虚拟罩高0.14~0.16倍装药直径,喇叭曲率半径1.5倍装药直径以上,圆弧曲率半径0.4~0.8倍装药直径,罩厚0.04~0.045倍装药直径。

尾翼旋转EFP成型数值模拟研究

基于阶梯式药型罩结构的可行性,通过数值模拟的方法进一步研究了药型罩结构参数对尾翼型爆炸成型弹丸(EFP)成型特性的影响规律。结果表明:阶梯旋角与轴向转速、尾翼偏斜角呈正相关,阶梯旋角增至60°,轴向转速最高达850 rad/s,尾翼偏斜角为19.82°,长径比降至1.72;阶梯深度与轴向速度和轴向转速呈正相关,与长径比和尾翼偏斜角呈负相关,阶梯深度为1.8 mm时轴向速度和轴向转速最高分别可达1482 m/s、1630 rad/s,长径比降至1.52、尾翼偏斜角降至7.31°;阶梯偏移角与轴向转速和尾翼偏斜角呈负相关,与长径比呈正相关,阶梯偏移角增至18°时轴向转速低至-350 rad/s、尾翼偏斜角低至-11.45°,长径比增至2.14。药型罩阶梯旋角、阶梯深度和阶梯偏移角等参数的变化改变了EFP成型的速度、转速、长径比和尾翼偏斜角等相关参数,决定了EFP的气动特性。研究结论可为EFP气动外形的优劣评估提供参考依据。

10号钢和紫铜EFP侵彻性能的数值模拟及实验研究

对10号钢和紫铜材料EFP侵彻对50mm厚603均质装甲靶板的性能进行了研究。应用ANSYS/LS-DYNA软件对两种EFP的成型和侵彻靶板过程进行了数值模拟,分析了两种EFP侵彻性能差异存在的内在原因。结果表明,10号钢EFP的穿深能力小于紫铜EFP,而扩孔能力较为显著,其靶板入口尺寸约为紫铜EFP的1.5倍。认为侵彻性能的差别由材料特性、EFP形状和速度分布引起,而靶板入口大小由尾翼大小决定。

基于双层药型罩成型装药的串联EFP

为了研究双层药型罩形成的串联EFP,设计了4种不同材料组合的双层药型罩,利用X光获得了串联EFP形成过程的照片,并开展了相应的数值模拟。发现具有合适结构和药型罩材料的双层药型罩可以形成串联聚能侵彻体,药型罩材料组合和起爆位置对串联聚能侵彻体的形成具有较大的影响。

锥角罩和球缺罩形成EFP的速度对比研究

为研究药型罩形状参数对EFP速度的影响,在理论分析的基础上,设计了口径、高度及质量均相同的锥角罩和球缺罩两种典型药型罩。利用软件对两种典型药型罩在同样的装药高度下的形成爆炸成形弹丸的过程进行仿真,仿真计算结果与理论计算结果比较吻合。对两模型中的径向及轴向速度进行对比分析,结果表明相同条件下药型罩形状对EFP最终速度影响不大,速度差异主要是药型罩形状引起的装药利用率不同导致的。