基于刚性壁的非致命易碎弹冲击毁伤数值评估

非致命易碎弹是一种以较高战斗射速下的钝性冲击达到驱散制服目的的非致命弹种,基于刚性壁的毁伤评估方法已被纳入北约相关标准。为了研究非致命易碎弹的冲击毁伤性能,采用光滑粒子流体动力学方法(smoothed paritcle hydrodynamics, SPH)耦合有限元法建立了某型非致命易碎弹冲击刚性壁的数值模型,并对弹体结构、接触关系和材料模型进行优化设置,在与文献实验数据对比验证有效性的基础上,分析了该型弹丸的冲击过程并进行了毁伤数值评估。结果表明:该型弹丸的冲击力主要来自于内填金属颗粒,且峰值冲击力出现在壳体破碎之后;在初速范围内其瞬时冲击应力远小于皮肤穿透阈值,但以超过45.3 m/s的速度击中头部时会造成意识丧失、颅内出血、昏迷等损伤。

钨合金易碎材料动态穿甲特性试验研究

针对4种不同的钨合金组份,为考核其动态穿甲性能和靶板后效特性,开展了静态拉伸、压缩和动态穿靶试验.通过试验确立了易碎材料动态穿靶特性与静态试验参数的关系,确立了影响易碎钨合金材料的主要静态参数是拉压比、延伸率和断面收缩率,为易碎穿甲弹的设计提供了参考数据.

不同弹头形式的易碎弹冲击航空有机玻璃的数值分析

利用霍普金森杆(SHPB)实验方法,针对由金属与硫混合而成的易碎弹复合材料及某航空有机玻璃材料,测得了不同应变率下两种材料的动态力学参数。根据实验数据拟合给出易碎弹与航空有机玻璃材料的Johnson-cook强度模型参数,并对参数进行数值仿真验证。在此基础上,利用AUTODYN-3D有限元程序,对具有不同弹头形式的易碎弹冲击航空有机玻璃全过程进行数值模拟,通过对比子弹的破碎效果及对航空有机玻璃的毁伤效果,分析总结了相关规律。结果表明:该复合材料具有较好的易碎效果;空尖易碎弹的破碎效果优于普通易碎弹,并且对航空有机玻璃的毁伤效果逊色于普通易碎弹,更加符合实际应用。

复合材料易碎弹实验测试与仿真分析研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验获取复合材料易碎弹及航空有机玻璃的材料动态力学参数,选择合理描述易碎弹与有机玻璃材料的本构模型;采用显示动力学分析软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对易碎弹侵彻靶板全过程进行仿真分析。通过仿真分析研究易碎弹着靶速度、入射角度对弹体破碎和靶板毁伤的影响规律,对比不同工况下子弹的破碎效果及毁伤性能,分析总结相关规律。结果表明:子弹的破碎效果及毁伤性能随着入射速度的增大提高明显;相同速度下,子弹垂直入射靶板其破碎与毁伤效果均要优于倾斜入射靶板。数值模拟方法及结果为易碎弹的研制提供了一定的理论参考依据。

陶瓷易碎弹对铝板的冲击特性研究

为研究陶瓷易碎弹对铝板的冲击特性,建立陶瓷易碎弹冲击铝板的有限元模型,利用LS-DYNA有限元程序分析弹头冲击铝板时的应力变化及速度对弹头冲击性能的影响;建立陶瓷易碎弹冲击铝板的力学模型,对陶瓷易碎弹弹头破碎进行理论分析;通过陶瓷易碎弹对铝板的冲击性能试验,验证数值模拟和理论分析的正确性。研究结果表明:陶瓷易碎弹具有良好的破碎性能,合适的速度冲击铝板时铝板损伤较小;弹头破碎从陶瓷壳体圆头部开始,陶瓷壳体最大应力始终在弹-靶接触区域边缘,是冲击过程中陶瓷壳体最容易破坏的区域。

易碎穿甲弹材料性能研究

为研究弹体材料性能对易碎穿甲弹破碎特性的影响,采用AUTODYN有限元软件,模拟了不同材料性能弹体对有限厚靶的作用过程,并根据斜侵彻有限厚靶过程中弹体发生折断现象的物理模型,分析了材料性能对折断现象的影响规律。结果表明:在一定范围内,弹体的破碎特性随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小而提高;在大角度斜侵彻过程中,随着弹体材料密度的增大和抗拉强度的减小,弹体易于发生折断现象。

三角形截面易碎穿甲弹靶后破碎特征

为研究三角形截面易碎穿甲弹的靶后破碎特征,以相同横截面积大小和杆长的圆形截面易碎穿甲弹为参照对象,对两种不同截面弹丸进行着靶速度为800~1 200 m/s和着靶角度为0~45°的靶后破碎特征试验,并采用AUTODYN分析软件对相同工况进行数值模拟。结果表明:三角形截面相较于圆形截面,弹丸的破片增量由800 m/s时的15.9%提高到1 000 m/s时的30.9%;随着靶角度的增大,三角形截面相较于圆形截面,弹丸的破片增量由0°着角时的29.0%减小到45°着角时的23.6%。试验与仿真结果吻合较好。

易碎弹复合材料动态特性数值研究

利用Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)实验装置获取复合材料易碎弹试件的动态力学特性,并应用LSDYNA软件对SHPB实验过程进行数值模拟.结合SHPB应力波理论,研究不同撞击速度对试件破坏程度、压杆轴向应变波形以及试件动态力学特性的影响.仿真结果表明:试件仿真结果与实验结果基本吻合,说明SHPB实验仿真是可行的;试件的破坏程度随着撞击速度的增大而显著,但压杆轴向应变波形以及试件动态力学特性随着撞击速度的增大变化不明显.

易碎钨合金杆侵彻间隔靶的实验与仿真研究

易碎弹在侵彻多层靶板时,会带给前后间隔靶程度不一的破坏。其破坏程度和弹丸初速,弹体易碎特性相关。利用FEM-SPH耦合仿真的方法,在相同工况下,对实验进行了数值模拟,为量化靶板的破坏程度,提出以靶板质量损失率和靶板面积增加率作为评价靶版破坏程度的指标,并求得对应靶板的指标参数,最后将两指标叠加,作为评价靶板破坏程度的破坏指数。比较破坏指数可以证明易碎弹较普通弹对靶板具有明显的破坏作用,且速度越高,破坏程度越大,仿真结果和实验基本一致。

钨合金易碎穿甲弹对柴油的引燃特性

为研究着靶速度、着靶角度、靶板厚度和弹体截面形状对易碎穿甲弹引燃特性的影响,在对易碎穿甲弹引燃特性分析的基础上,开展了不同条件下钨合金易碎穿甲弹对0号柴油的穿甲引燃实验。结果表明:弹体的引燃特性随着着靶速度的增加而提高;在一定范围内,靶板厚度的增大有利于提高弹体的引燃特性,但是随着靶板厚度的进一步增大,弹体的引燃特性减弱;在不同着靶速度和着靶角度下,三角形截面易碎穿甲弹较等截面面积和弹长的圆形截面易碎穿甲弹有更好的引燃特性。