Numerical Simulation of High Performance Shaped Charge Penetrating Concrete Targets

Tandem warhead systems consist of a precursor shaped charge and a following kinetic energy projectile containing high explosive filling. This paper presents a numerical simulation analysis of the penetration forming and the process in which the shaped charge penetrated into concrete targets by using AUTODYN software. The shaped charge is consist of different materials, different standoff, different liner curvature and thickness. Parameters for the liner structure which can detemine ideal aperture and penetration depth are acquired. The simulation results are in agreement with them of the experiment.

某串联战斗部级间隔爆体结构的优化设计

为实现串联战斗部级间隔爆体结构减重,利用有限元分析软件LS-DYNA建立了某型前级战斗部与隔爆体的数值仿真模型,采用正交试验的方法,研究级间锥形隔爆体前锥角,倒角与前后锥角差值对隔爆体质量的影响规律。结果表明:隔爆体的前锥角对隔爆体质量影响显著,前后锥角差次之,倒角影响较弱。利用正交优化方法,设计三因素四水平的正交优化方案,结果表明当,r=9.9 mm,时,隔爆体的质量最低为485.40 g。研究成果可为串联战斗部隔爆体的结构设计和优化提供指导。

破片战斗部有效破片数影响规律研究

运用AUTODYN软件数值模拟预制破片战斗部侵彻地面后起爆的破片飞散过程,分析了不同侵彻深度、起爆方式及落角对破片飞散规律及有效破片数的影响,获得了侵彻深度与有效破片数占比的关系式。研究结果表明:战斗部侵彻深度与有效破片数呈线性反比关系;采用底部端面中心点起爆更有利于向空中飞散形成有效破片;当落角在一定范围时,落角较小的战斗部产生的有效破片数较多。

爆炸反应装甲运动规律的数值仿真及研究

本文采用LagrangeAutodyn 2D程序 ,计算仿真实际尺寸的一代爆炸反应装甲盒 (REA)在起爆后各飞板的运动规律以及相互作用的特点。仿真和实验结果表明上下飞板和面板的速度相一致 ,上飞板与面板碰撞后将断裂 ,在上飞板和下飞板之间有一空间可使主级装药射流无干扰通过 ,串联战斗部具有较小的延时时间 ,最佳的着靶姿态和较小的干扰因素。

串联攻坚战斗部前级爆轰场对随进弹随进影响分析

采用三维数值模拟方法研究了串联战斗部中随进弹轴线与全弹弹轴不重合时,前级爆轰场对随进弹随进速度、姿态和弹体结构的影响结果。研究了具有不同初始速度的随进弹受前级装药爆炸冲击产生的后抛、运动方向侧偏、弹体姿态翻转和力学响应等变化规律。认为随进弹具有初速时随进弹受前级爆炸冲击产生的弹道侧偏和姿态翻转效果能够大幅度减小,但对弹体后抛和结构响应等其它方面的影响不明显。本文研究结果可以为相关串联弹药的设计提供参考。

串联攻坚战斗部前级爆轰场对后级影响分析

为了研究串联战斗部前级爆轰场作用下,后级随进子弹炸药安全性及其速度降的大小,建立了一维冲击波传播理论分析模型,由图解法得到了后级装药的初始压力。通过与炸药引爆阈值压力比较,判断了后级装药的安全性。根据动量守恒,得到了后级子弹的速度降表达式。进行了串联装药的数值计算,得到一定隔板厚度情况下后级装药受到的冲击压力和后级子弹速度降,计算得到的后级子弹变形情况与试验结果相吻合。

破爆型串联战斗部第一级爆炸对第二级影响的研究

研究了破爆型随进串联战斗部第一级装药爆作后对第二级弹体的影响。用中低压型50Ω锰铜计测量二级弹体上的压力历史，提出了数值计算模型，采用多流体网格方法，对爆轰产物用可变指数的多方气体状态方程，得到了第一级装药爆炸后在第二级弹体上形成的超压和冲量。数值计算结果与物理实验符合较好。

串联战斗部前级环形切割器的设计与试验

为验证在现有导弹战斗部前端加装环形聚能装药的可行性,采用数值模拟对环形切割器进行优化设计,通过靶场切割试验对毁伤效果进行初步检验。结果表明,优化设计的环形切割器对厚靶板切割效果显著;环形切割器在30°攻角下对40 mm靶板具有很强的切割效果。该结论为新型串联战斗部的设计提供了参考。

破爆型串联战斗部前级对后级影响数值模拟

利用有限元软件对破爆型串联战斗部第一级装药爆轰对第二级随进子弹影响结果进行了数值模拟。分别计算了在不同后级子弹速度、不同前后级距离条件下的影响结果。获取了前级爆轰产物对后级子弹速度的影响结果以及前级爆轰产物作用于随进子弹及装药上的超压。该计算结果为破爆型串联战斗部结构设计有较大的参考价值。

多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响

为研究多层预制破片的飞散规律,对某结构多层预制破片战斗部的数值仿真方法和爆轰驱动特性进行分析。通过对比流固耦合模型、单层网格模型和小角度模型的适用性,采用侵蚀单面自动接触算法,建立合理的数值计算模型。利用LS-DYNA软件,对单点、对称两点和三点起爆方式下爆轰波传播特性、多层预制破片飞散形态、破片初速和飞散角进行计算和比较。计算结果表明,数值计算模型可以考虑多层破片之间的挤压、摩擦和翻滚效应;对称两点起爆和三点起爆可有效提高预制破片的最大初速和平均初速;起爆点数量增加,密集破片区域飞散角逐渐增大。

串联战斗部前级的环形切割器优化设计

为提高导弹的毁伤能力,拟在战斗部前端加装环形切割器。通过数值模拟对环形切割器进行了优化设计,通过靶场试验对环形切割器的毁伤效果进行了检验。结果表明,优化设计的环形切割器对80mm厚靶板切割效果显著,环形切割器在30°攻角下对40mm靶板具有很强的切割效果。研究结论为新型串联战斗部的设计提供了参考。

一种爆-破型鱼雷串联战斗部设计及数值模拟

为提高鱼雷非接触爆炸对水下目标的毁伤效果,提出一种新的鱼雷爆-破串联聚能战斗部的设计方案,前级为爆炸装药,后级为聚能装药,利用前级爆炸产生的气泡为后级的爆炸成型弹丸(EFP)提供前进通道,有效降低EFP的飞行阻力和能量损耗。采用AUTODYN数值计算软件,模拟EFP在空气、水和气泡中飞行情况,对比分析了EFP的速度变化和变形及对靶板的毁伤情况,验证了此设计方案的可行性和优越性。

串联随进战斗部前后级影响数值仿真

利用Autodyn进行了破爆型串联随进攻坚战斗部爆炸场数值仿真,得到了装药的爆炸压力、速度和温度分布,获得了作用在随进子弹头部和子弹装药炸药内的爆炸响应冲击波压力-时间历程,得到了爆炸过载及其对随进后级的速度降。仿真结果表明,子弹装药炸药具有不被前级爆炸所殉爆的安定性和足够的随进速度,爆炸过载满足子弹引信解除保险要求。对比静爆实验结果,数值仿真与实验基本相吻合,这种方法可以为随进战斗部设计提供依据。

低雷诺数下串列双圆柱涡激振动的数值模拟

针对海洋立管中常发生的流致振动问题,本文采用自主研发的CIP-ZJU数值模型,对雷诺数Re=150条件下串列双圆柱的涡激振动进行模拟。该模型在笛卡尔网格系统下建立,采用具有三阶精度的CIP方法求解N-S(navier-stokes)方程,采用浸入边界法处理流-固耦合问题。本文仅考虑圆柱的横向振动,具体分析不同间距比和折合速度,并分别考虑上游圆柱固定和自由振动两种工况,得到柱体振动响应、受力响应和流场信息,验证了本模型在处理柱体涡激振动问题的有效性。结果表明:串列情况下下游圆柱的最大振幅要明显大于单柱的情况,双圆柱涡激振动的阻力系数普遍比单圆柱涡激振动时要小;上游圆柱固定时,下游圆柱的振动频率几乎不由斯特劳哈尔频率控制;而当上游圆柱自由振动时,在折合速度4≤Ur≤5时,上游圆柱后方产生两列涡,使下游圆柱的运动范围限制在两列涡之间,可对其振动产生了抑制作用。

前级环形切割器对后端靶板影响的数值仿真

利用ANSYS/LS-DYNA软件进行了环形切割器爆炸后对后端靶板的毁伤及环形切割器壳体的破裂过程的数值仿真。仿真结果表明:环形切割器爆炸后对后端靶板的毁伤中,起主要作用的是环形切割器壳体的端部形成的破片和内侧形成的聚能侵彻体,而聚能侵彻体对靶板的破坏最为严重;基于环形切割器的串联战斗部设计中,需考虑两级战斗部隔爆设计。

破-破型串联战斗部前级爆炸对后级影响的研究

为了研究破-破型串联战斗部前级装药爆炸对后级装药的影响,采用三维数值模拟的方法,对前级装药爆轰波作用于后级装药殉爆以及两级装药间加装隔板隔爆进行了研究,同时研究了前后级不同间距时前级爆轰波对后级爆炸成型弹丸(EFP)速度及成型的影响。计算得出后级炸药殉爆距离的范围,在两级装药间加装隔板可以有效地减小爆轰波对后级装药的影响,起到隔爆效果。研究认为爆轰波对后级EFP速度的影响近似于某二次函数曲线的变化趋势,该计算结果可为破-破型串联战斗部结构设计提供参考依据。

环形切割器性能数值模拟研究

现代大型水面舰艇大多采用多层舱室、复合装甲甲板、侧舷等技术,提高抗打击能力,这就要求半穿甲反舰导弹战斗部需要有更大的侵彻能力,才能有效对海上大型水面舰艇实施有效的打击。采用环形切割器作为高效毁伤战斗部的前级,可大大提高战斗部的威力。本文利用LS-DYNA建立了数值仿真模型,分析了射流形态、射流速度、起爆方式等影响环形切割器破甲的因素。仿真结果表明:药型罩开口直径6cm,可以有效切割5cm厚靶板。

前后级间距对随进战斗部影响的仿真分析

为研究串联战斗部前级装药对后级随进战斗部的影响,验证在现有导弹战斗部前端加装环形聚能装药的可行性,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行了环形切割器对随进战斗部影响的数值仿真,在不同的前后级距离条件下,得到了随进战斗部的加速度、速度、位移变化和随进战斗部壳体和装药的最大应力值及其所在位置;仿真结果表明,在串联战斗部前后级相对静止时,不同间距条件下,环形切割器爆炸后形成的冲击波对随进战斗部加速度、速度、位移及壳体和装药的压力影响是不同的。

混凝土环境对典型聚能射流成型影响的数值模拟

结合前级聚能装药形成的混凝土环境的特点,利用有限元模拟软件AUTODYN对3种典型聚能装药在混凝土环境中的射流成型情况进行了数值模拟,对在空气和2 mm铝壳体环境中的数值计算结果进行了比较,并通过实验对数值计算结果进行了验证,实验结果与计算值吻合较好。结果表明,混凝土环境对亚半球装药影响最大,较大地提高了头部速度;对K装药影响次之;对锥形装药影响较小;整体效果不如2 mm铝壳体。

串联EFP隔板与前级装药距离对后级装药影响的研究

隔板是破-破型串联战斗部中的重要组成部分,隔板的材料,形状,角度和与前级装药距离等参数对后级EFP的形成以及头部、尾部速度都有较大的影响。采用了LS-DYNA三维数值模拟的方法,在隔板的材料,形状和顶角确定的情况下,选用合适的起爆延时间隔时间,模拟研究隔板与前级装药的距离对后级EFP速度及成型的影响。最终得出隔板与前级装药距离H和速度差百分数的函数关系,H在1~5 mm之间,后级EFP头尾部速度下降较小,形状较为稳定;H在5~15 mm之间,后级EFP头尾部速度下降较大,成型效果不好;而当H为15 mm,后级EFP头部发生了严重变形,头尾部速度大大下降。因此隔板与前级装药间最佳距离范围为1~5 mm。