展开式EFP战斗部复合破片场成型的数值模拟

为实现战斗部毁伤威力的可控化,提出了一种外围采用刻槽壳体且可展开不同角度的EFP战斗部。基于ICEMCFD软件对展开式战斗部进行了O型网格划分,采用Autodyn软件对EFP和预控破片群相结合的复合破片场成型过程进行了数值模拟,获得了中心与外围装药量、外围装药起爆方式、展开角度对复合破片场成型特性的影响规律,利用X光试验验证了数值模拟方法的有效性。结果表明,随着中心装药半径的增大,EFP的速度和长径比逐渐增大,断裂现象愈加明显,而预控破片的飞散速度逐渐减小;外围装药顶部四点起爆方式形成的破片速度高于顶部二十点和内侧二十点起爆方式下的破片速度;闭合与展开时预控破片的最大速度分别出现在距起爆端约60%和33%处,且随着展开角度的增加,远离起爆端的预控破片速度逐渐减小,与闭合状态相比,展开75°状态下EFP侵彻深度减少了36%,而孔径增大了38%。选取中心装药半径20mm、展开角度为45°~60°时,复合破片场的汇聚较明显且成型控制效果较佳。

中空型预控破片战斗部破片初速特性

构建了中空型预控破片战斗部的破片初速分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对中空型预控破片战斗部采用一端环形起爆和多点同时起爆时的预控破片成型过程进行了数值模拟。研究结果表明:采用一端环形起爆时,预控破片初速的理论计算结果与数值仿真结果吻合较好,最大偏差仅为3.54%;采用一端2点、3点、4点同时起爆时,周向方向上,分别距起爆点90°、60°和45°方位处的预控破片初速最高,且2点同时起爆时破片最大速度增益和平均速度增益均高于3点、4点同时起爆;此外,根据所研究的战斗部尺寸结构,当采用一端2点同时起爆,且起爆点设置距内壳体15 mm时,中空型预控破片战斗部能发挥更大的毁伤威力。研究结果可为相关战斗部的设计提供一定参考。

预控破片战斗部周向刻槽参数正交优化分析

针对试验过程中预控破片出现轴向粘连的情况,利用数值模拟和正交优化相结合的方法,对周向刻槽参数进行优化分析,得到周向槽参数设置的较优方案。并对比轴向、周向槽参数一致时有效破片的生成情况。仿真与试验结果表明:刻槽参数一致时,有效破片生成率降低16.67%,质量损失率增加14.45%。单独优化周向刻槽参数可有效解决破片轴向粘连问题。

预控破片战斗部爆炸飞散数值模拟

为研究榴弹型预控破片战斗部动态分散规律,采用ANSYS/LSDYNA建立有限元模型,结合流固耦合算法,对破片峰值速度、飞散角等威力指数进行研究分析。结果表明:对战斗部施加轴向初速度,可有效提高破片峰值速度,减小飞散角,增强破片集中杀伤效果;而施加转速,破片速度有所提升,飞散角等其他参数无明显变化。

子弹药预控破片的成型与初速研究

为优化子弹药设计方案,缩短研制周期,降低研制成本,采用AUTODYN软件、拉格朗日算法、Johnson-Cook本构模型和JWL状态方程,对预控破片的成型与飞散过程进行了仿真。通过破碎性试验及破片初速的静爆试验,对比模拟仿真与试验结果,验证了仿真结果的准确性。研究结果为完善子弹药设计方案奠定了基础。

双层壳体内壳外刻槽对破片成型的影响

针对破片杀伤弹内层壳体外刻槽的双层壳体结构,利用LS-DYNA有限元分析软件对比分析了内壳刻槽参数对外壳破裂成型的影响。结果表明,同种工况下,U形刻槽和梯形刻槽内壳聚能装药结构外层壳体破碎成型优于V形槽,且在刻槽角度为45°和50°工况下,内壳梯形刻槽结构使外层壳体破片总动能最大;内壳的厚度、相对刻槽深度和刻槽角度均会影响该结构外层壳体破片成型,且内壳厚度影响最大,刻槽角度次之,相对刻槽深度最小;内壳厚度在1 mm~3 mm区间内,装药结构外层壳体破碎成型效果存在最优值,且装药直径为40 mm时,内壳最佳厚度为2 mm。

基于Ansys Workbench LS-DYNA的预控破片战斗部成形与飞散特性分析

为了研究预控破片战斗部壳体膨胀破碎后破片群的运动规律,利用Ansys Workbench LS-DYNA有限元软件模块对某型杀伤战斗部壳体爆炸成形和飞散过程进行了仿真分析,得到了战斗部破片群的最大速度为1 323 m/s,破片速度主要集中在1 125 m/s~1 250 m/s之间;单个破片的设计质量为1.4 g,形成破片群后破片质量主要集中在1.1 g~1.3 g之间,破片群质量损失为18.35%;破片群形成后测得静态飞散角为70°。仿真结果表明,破片群中破片的最大速度较改进后的Gurney理论公式计算结果偏低了9.32%,但误差在允许范围之内。同时,其他仿真结果数据也为进一步研究预控破片战斗部提供了理论依据。

装甲抗侵彻技术研究进展及对化工储罐保护层风险防控的借鉴

爆炸碎片对化工储罐的侵彻作用破坏性极强,储罐保护层技术作为侵彻事故风险防控的重要手段却仍处于起步阶段。典型的保护层技术,如军事装甲技术研究已经较为成熟,可为储罐保护层技术发展提供重要的借鉴意义。本文系统分析了国内外有关化工储罐保护层及军事装甲防护侵彻损伤的相关文献,指出化工储罐保护层技术研究亟待解决的问题,并参考装甲技术研究进展提出其进一步研究方向:在材料选取方面应考虑防弹金属、陶瓷以及一些新兴材料的应用及耦合设计;在结构设计方面可以采用实验及数值模拟两种方法,研究储罐保护层层数、各层厚度比、各层排列顺序、层间间隙等诸多关键参数对储罐保护层抗侵彻性能的影响。通过对侵彻事故发生概率及事故后果严重程度两方面的表征,为储罐保护层技术在爆炸碎片多米诺效应事故风险防控中的应用提供参考。