基于正交设计的柱锥结合药型罩多参数结构优化

为了改善柱锥结合药型罩形成的射流稳定性较差,侵彻能力有待提高的问题,通过正交优化设计,改变柱型药型罩材料、柱型药型罩高度h以及柱型药型罩顶部厚度b,研究柱锥结合药型罩射流成型的断裂前头部速度、断裂时间、有效长度综合的最优方案组合。选取L25(56)正交优化表,通过AUTODYN软件进行数值仿真,得到了3个因素对3个指标影响程度的主次顺序。结果表明:射流断裂前头部速度的影响因素依次为:柱型药型罩高度、材料、顶部厚度;射流断裂时间的影响因素:柱型药型罩的材料和高度相同,其次为顶部厚度;射流有效长度的影响因素依次为:柱型药型罩的材料、高度、顶部厚度;综合分析,得到方案A:NICKEL,h=10 mm,b=1.5 mm,方案B:NICKEL,h=10 mm,b=2 mm形成的射流整体效果较好。

基于ANSYS/LS-DYNA数值模拟计算对弧锥结合药型罩的优化设计

为研究弧锥结合药型罩形成爆炸成型弹丸过程中,药型罩圆弧-锥角部分对爆炸成型弹丸性能的影响,控制其他变量保持不变,取圆弧-锥角在药型罩母线长度所占比例分别为1/7、2/6、3/5、4/4、5/3、6/2、7/1,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行模拟计算,得到相应数值模拟结果,最后通过试验验证数值模拟结果,分析了不同比例圆弧-锥角药型罩形成爆炸成型弹丸数值模拟结果中的速度、长度、压实状况等参数。结果表明,爆炸成型弹丸的速度随圆弧-锥角比例的增大而逐渐减小并在比例为3/5后保持稳定;弹丸断裂时间随圆弧-锥角比例的增大而减小;圆弧-锥角比例为3/5~5/3之间弹丸均断裂为3个部分,6/2比例从中间断裂,3/5至7/1比例中,变化不明显;综合比较速度、断裂时间、断裂部分数等参数,圆弧-锥角比例为5/3速度最大为2123 m/s、断裂数量最少为3、压实程度良好,飞行性能和侵彻能力等综合性能更好。通过试验测量弹丸速度,与数值模拟结果误差在5%左右,充分证实研究结果的可靠性。

药型罩结构参数对多模毁伤元形成的影响

运用LS—DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对侵彻体形成的影响规律．对于起爆方式为中心点和不同位置的环形起爆，通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角，对比分析了形成的侵彻体的性能，得出弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响规律．结果表明，弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角存在最优值，圆孤曲率半径在45～55mm、锥角在145°～155°范围内取值较好．优化设计了一种成型装药结构，并进行了试验验证，试验结果与数值模拟结果吻合较好，为进一步研究多模成型装药提供了参考．

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。

双模战斗部结构正交优化设计

应用LS-DYNA仿真软件,结合正交优化设计方法,对弧锥结合形药型罩双模战斗部进行了正交优化设计研究。分析了结构参数(圆弧曲率半径、锥角、药型罩壁厚及装药高度)对双模毁伤元成型性能的影响规律,同时讨论了弧锥结合罩的弧度部分与锥度部分比例的大小对双模成型的影响。数值模拟结果表明:两次优化结果均说明药型罩壁厚是确定头部速度的主要因素,锥角是确定长径比和头尾速度差的主要因素;当第二次优化的各因素水平分别为圆弧曲率半径是0.45倍装药口径,锥角是145°,壁厚是0.04倍装药口径,装药高度是1.0倍装药口径,即弧度部分所占的比例较小时,得到的爆炸成型弹丸(EFP)和聚能杆式侵彻体(JPC)成型效果都较好。

药型罩结构对环形爆炸成型弹丸形成的影响

针对截面呈弧锥结合状的变壁厚环形药型罩结构,应用非线性有限元软件完成了爆炸载荷下弧锥结合罩形成环形爆炸成型弹丸(EFP)过程的数值模拟。与等壁厚、环锥形、环球形三种情况进行了对比,分析了曲率半径和锥角两种因素对环形EFP成型的影响。结果表明:合理调节药型罩壁厚能有效降低内外罩径向速度差,获得竖直向下的环形EFP;环弧锥结合形EFP比环锥形EFP成型好、速度高、材料利用率高,比环球形EFP密实度好、侵彻能力强;曲率半径和锥角在选择上可进行优化,为进一步研究提供了参考。

一种球锥结合药型罩石油射孔弹研究

设计了一种球锥结合药型罩石油射孔弹,在半球形主药型罩基础上增加了锥形前驱罩结构,利用ALE方法,模拟了药型罩材料为铜,锥角角度分别为30°、35°、40°、45°和50°时对其射流的速度和形状、射流头部速度和杵体质量的影响,并与半球形药型罩模拟结果进行对比。结果表明前驱罩锥角40°比锥角30°射流速度降低了26%,直径提高了8.1%,锥角40°比锥角50°射流速度提高了4.1%,直径降低了3.4%。前驱罩锥角为40°和50°的球锥形药型罩的射流头部速度比半球形药型罩分别提高了25%和20%,直径分别提高了2.6%和6.1%。试验结果与模拟结果大致相符,为大孔径、深穿孔石油射孔弹的设计开发提供了一定的参考。

新型环形切割器成型仿真及影响因素灰关联分析

提出一种截面呈弧锥结合形状的变壁厚环形药型罩结构,应用非线性有限元软件完成了爆炸载荷下弧锥结合罩形成环形切割器的数值模拟。对16种不同参数组合下的环形切割器成型情况进行了仿真,并基于灰色理论对各影响因素进行了灰关联分析。结果表明,合理调节药型罩壁厚能有效地降低内外罩径向速度差,获得竖直向下的环形EFP;影响环形切割器侵彻性能的最主要因素是圆弧曲率半径和锥角。

锥弧结合罩形成长杆状密实EFP的可行性

为了进一步提高爆炸成型侵彻体(EFP)的侵彻能力,基于大锥角罩结构的圆弧段设计,提出了一种可形成长杆状密实EFP的锥弧结合罩。分析了锥弧结合罩与传统的大锥角罩和弧锥结合罩在压垮过程中的区别。运用LS-DYNA仿真软件,计算得到了锥弧结合罩的结构参数(曲率半径、锥角、壁厚)对EFP速度、长径比、密实度等侵彻体成型参数的影响规律。找出了EFP成型较佳时各结构参数的取值范围:曲率半径为1.1～1.3倍装药口径,锥角为155°～160°,壁厚为0.04～0.046倍装药口径,并设计得到了一种可形成长径比为2、密实度为0.88的EFP的锥弧结合罩结构。

截锥型药型罩形成毁伤元特性仿真研究

为设计一种射流型多模式战斗部,对90°锥形药型罩进行截顶及变换,应用ANSYS/LS-DYNA 3D有限元分析软件分别就不同结构药型罩在不同起爆方式形成不同毁伤元进行数值仿真模拟。对比研究结果表明:通过用圆弧取代截锥形药型罩顶部形成的药型罩,选择装药顶端中心点起爆,形成高速杆式侵彻体;选择装药底端环起爆,形成细长连续高速射流,实现了多模式战斗部毁伤元的转换。并且用圆弧取代截锥形药型罩顶部或采用逆序起爆方式都能够有效解决爆轰产物泄出问题,形成高效毁伤元。

壁厚对具有PELE效应的EFP成型影响分析

为了提高反轻型装甲目标弹药的毁伤能力,提出一种能够形成具有PELE效应EFP的新型弧锥结合药型罩。使用LS-DYNA有限元软件对EFP成型与侵彻过程进行数值模拟,分析了药型罩结构参数对EFP成型的影响规律与EFP对靶板的侵彻效应。结果表明:新型药型罩能够形成内含低密度材料的包覆式EFP,外层壁厚取0.35~0.85mm,装填物壁厚取0.2~1.6mm,内层壁厚取0.45~0.75mm时,形成的EFP性能较好。优化的药型罩能够形成具有明显PELE效应的EFP,对提升反轻型装甲目标弹药的毁伤能力有所帮助。

柱-锥结合线型药型罩射流特性的数值模拟

为了提升线型聚能装药的切割能力,在锥形线型药型罩的基础上设计了一种新型柱-锥结合线型药型罩,并采用数值模拟软件ANSYS/ls-dyna对柱-锥结合线型药型罩、圆弧顶线型药型罩、锥形线型药型罩射流的形成及切割45号钢板的过程进行了数值模拟,通过对比3种结构药型罩形成射流的头尾部速度、拉伸断裂时间、对45号钢板的切割能力来确定设计方案的可行性。研究表明:柱-锥结合线型药型罩形成射流的头部速度最高,相对锥形线型药型罩提高了约12.6%,相对圆弧顶线型药型罩提高了约5.4%;而且柱-锥结合线型药型罩形成的射流拉伸性能较好,能量更高,对45号钢板的切割能力最强,相对圆弧顶线型药型罩提升了约26.7%,相对锥形线型药型罩提升了约58.8%。

锥角对具有PELE效应的EFP成型影响的数值仿真分析

为增强反轻型装甲目标弹药的毁伤能力,提出了一种内含低密度装填材料的变壁厚弧锥结合药型罩。使用有限元软件LS-DYNA分析了各锥角对爆炸成型弹丸(EFP)成型的影响规律和EFP对靶板的侵彻效应,拟合得到EFP成型参数曲线与EFP成型速度的曲线方程。结果表明,药型罩内锥角α_1取166°～170.2°,装填物内锥角α_2取160°～166°,装填物外锥角α_3取140°～152°,药型罩外锥角α_4取132°～140°时EFP成型速度较快、成型效果较好;α_3对EFP成型速度、长度与径向尺寸影响最大,α_1,对EFP中心厚度影响最大。基于研究结果对药型罩结构进行优化,优化后的药型罩能够形成具有明显横向效应增强型侵彻体(PELE)效应的EFP,在射入靶板时对其扩孔,并在穿透靶板后碎裂形成高速破片对目标内部进行二次毁伤。

一种喇叭-锥角结合药型罩形成射流的数值模拟

为了提高锥角药型罩装药结构的侵彻能力,通过改变其顶部锥角为喇叭形研发了一种新型喇叭-锥角结合药型罩。采用模拟软件ANSYS/LS-DYNA对喇叭-锥角结合药型罩、平顶药型罩、锥角药型罩在爆轰波作用下射流的形成以及对45号钢板的侵彻过程进行数值模拟,并对3种药型罩形成的射流参数如头部速度、射流断裂时间等以及对45号钢板的侵彻性能进行了对比。结果表明,在装药口径为80mm、装药高度为100mm的圆柱和圆锥结合型装药结构的条件下,喇叭-锥角结合药型罩形成的射流头部速度为7 690m/s,比锥角药型罩形成的射流提高约9.54%,对45号钢板的侵彻深度提高约19.82%;比平顶药型罩形成的射流头部速度提高约6.36%,对45号钢板的侵彻深度提高约12.25%。

串联战斗部后级聚能装药结构设计研究

针对串联聚能装药战斗部后级成型不理想而导致不能满足扩孔要求的问题,通过对弧锥结合罩、球缺罩和大锥角罩在前级冲击波影响下的成型过程进行分析,提出了一种后级成型较好的弧锥结合型装药结构。运用AUTODYN有限元软件,获得了弧锥结合罩的锥角、圆弧曲率半径和壁厚在前级冲击波影响下对后级毁伤元成型性能的影响规律,并通过高速摄影试验进行验证。验证结果表明:弧锥结合罩结合了球缺罩和大锥角罩的结构特点,在前级冲击波影响下成型效果最好;当锥角为130°、圆弧曲率半径为23 mm、壁厚为1.5 mm时,能够形成头部速度高、头尾速度差小、气动外形好的后级毁伤元,为串联聚能装药战斗部的设计提供参考依据。

曲率半径对具有PELE效应的EFP成型影响分析

为提高弹药对轻型装甲的毁伤能力,提出一种内含低密度材料的新型弧锥结合药型罩。使用有限元软件LS-DYNA模拟EFP成型与侵彻的过程,分析了各曲率半径对EFP成型的影响规律。结果表明:所设计的药型罩可以形成具有PELE结构的EFP,药型罩外曲率半径取10～70 mm,装填物外曲率半径取30～60 mm,装填物内曲率半径取47～59 mm,药型罩内曲率半径取45～55 mm时EFP成形效果较好。优化得到的EFP在射入靶板时产生横向效应使其扩孔,并在穿透靶板后形成高速破片对目标内部二次毁伤。