Al/W/PTFE粒径级配关系对材料强度影响的实验研究

Al/W/PTFE是一种具有冲击释能和强度特性的新型含能结构材料,为研究其宏观强度受材料组分配比、颗粒尺寸、级配关系的影响,基于准静态压缩实验,获取不同方案下Al/W/PTFE试件的应力-应变曲线,通过对比分析得到材料组分、颗粒级配关系对强度的影响规律。结果表明,颗粒尺寸级配关系是决定Al/W/PTFE材料强度的关键,尺寸相近的颗粒级配关系呈更高的材料宏观强度。

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。

含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析。分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响。结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好。由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能。

含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究

为提高战斗部的毁伤效能,对氟聚物基含能反应材料进行了研究。对氟聚物基含能材料配方改进并制备了一种Φ26mm×60mm的含能毁伤元。将含能毁伤元装入特定结构壳体后进行了冲击引爆模拟战斗部试验。采用高速录像观察含能毁伤元冲击侵彻模拟战斗部后的爆炸情况并测试爆炸后空气冲击波超压。考察了含能毁伤元不同速度下对B炸药和PBX-9404炸药的引燃引爆能力。设置了B炸药模拟战斗部静爆试验作为对比。在试验的基础上,通过测量爆炸后空气冲击波超压进行了TNT当量等效对比分析。试验研究表明,在735m·s^(-1)的侵彻速度下,氟聚物基含能毁伤元可冲击引爆B炸药模拟战斗部。在962m·s^(-1)的侵彻速度下,能引发PBX-9404炸药模拟战斗部爆燃反应。

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．

卵形弹丸垂直侵彻钢筋混凝土靶的工程解析模型

为了研究钢筋混凝土中钢筋对侵彻弹丸的阻力作用,通过对试验取出的钢筋混凝土试块的宏观和微观分析,在球形空腔膨胀模型的基础上,考虑弹丸直接与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的阻力,建立了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。分析弹丸在钢筋交汇节点、钢筋网格中心点、单根钢筋的中点以及其他任意位置点与钢筋接触情况下钢筋对侵彻的影响。研究表明,钢筋混凝土中的钢筋不仅对混凝土的强度有影响,在弹丸撞击到钢筋时还对弹丸的侵彻能力有减小的作用。在网眼尺寸一定的条件下,随着体积配筋率的增大,钢筋对弹丸的阻力作用越明显,但在相同体积配筋率下,钢筋直径的影响小于钢筋网层间距的影响。

含能破片冲击薄靶的释能时间

为了解释含能破片冲击侵彻薄靶板时的释能时间与侵彻历程关系,用LS-DYNA和理论分析研究了不同靶板材料、不同头部厚度的含能破片冲击侵彻过程和释能时间,得到释能时间与侵彻过程的关系。结果表明,通过调整破片的头部厚度可实现含能破片的靶后释能。

三点起爆控制参数对尾翼爆炸成型弹丸成型的影响

针对三点起爆控制参数(起爆直径、起爆同步误差)对尾翼爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)成型的影响问题,理论分析了三点起爆条件下爆轰波的马赫碰撞,计算获得了不同起爆直径下马赫波的相关参数,利用LS-DYNA有限元软件通过数值模拟研究了不同起爆直径下三点起爆同步误差对EFP尾翼成型及飞行速度的影响规律。结果表明,起爆直径越大,马赫波在药型罩上的作用面积越小,马赫超压越大,形成的EFP长径比和速度越大;起爆直径为30、40、50 mm三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差分别为50、100、150ns;此外,尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的侧向分速度,提高飞行稳定性。

改进SPH方法在陶瓷材料层裂数值模拟中的应用

为了探讨铝飞片撞击陶瓷材料时的层裂现象,采用改进SPH方法模拟应力波在陶瓷材料中的传播。结果表明,当离散粒子分布不均匀时,数值模拟计算的自由面速度时程曲线与实测曲线吻合良好。对比CSPM方法,改进SPH方法的精度更高。提出适用于数值模拟的陶瓷材料损伤演化方程,对脉冲载荷下陶瓷/钢层合板层裂的破坏过程进行数值模拟,结果表明,由于陶瓷的波阻抗高于钢的,且抗压强度远高于抗拉强度,因此拉应力引起的层裂破坏是主要的。即使在材料内部传播的只是弹性压缩波,当弹性波到达材料界面时,由界面反射引起的卸载波也能导致陶瓷发生层裂破坏。

带隔板中空装药的EFP成型研究

为了得到适用于带隔板中空装药的爆炸成型弹丸战斗部的药型罩结构,通过数值计算对带隔板中空装药的EFP战斗部成型过程进行模拟,分析了EFP成型过程中药型罩表面微元的轴向速度和径向速度随距罩中心距离的变化曲线,得到了大锥角罩和球缺罩结构情况下EFP的成型规律。分析带隔板中空装药的EFP战斗部采用这2种药型罩结构形成EFP的特点,大锥角罩形成的EFP有良好的尾裙结构但头部形状不佳,球缺罩形成的EFP有良好的头部形状但尾裙结构不佳。弧锥结合罩综合这2种形状药型罩的优点,可以形成具有良好头部形状和尾裙结构的EFP。优化设计了一种弧锥结合罩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。

颗粒金属材料冲击压缩细观力学仿真模型生成方法

基于颗粒金属材料细观尺度结构特点,引入颗粒形状、尺寸、位置等控制参数来描述颗粒金属材料的细观特性。结合材料细观电镜照片及统计规律,利用随机数生成方法及智能优化算法,生成了能够体现颗粒材料细观分布特性的细观力学仿真模型。以典型颗粒金属材料铝为例,对其不同密实度下的细观模型进行了冲击压缩仿真计算,并与已有实验结果进行对比验证。结果表明:基于生成的细观力学仿真模型,由冲击压缩仿真计算得到的Hugoniot参数与实验数据吻合较好,说明该文方法能够生成合理反映材料真实分布的细观模型,可为颗粒金属材料细观尺度仿真研究提供模型基础。

高分子吸水性树脂的制备及灭火应用

以丙烯酸为基料制备高分子吸水性树脂,用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌及结构进行表征,用热重分析(TG)研究其热性能。用高分子吸水性树脂充分吸收去离子水和水基灭火剂,进行灭木垛火和汽油火的试验。结果表明:该高分子吸水性树脂内部存在大量的孔洞和褶皱具有良好的吸液和储液能力,最大吸收565.2 g/g去离子水和164.6 g/g水基灭火剂,且具有良好的耐热性。对比用水灭木垛火,灭火时间缩短了25%,平均降温速率提高了29.63%。对比用水基灭火剂灭油盘火,灭火时间缩短了20%,平均降温速率提高了45.1%。采用高分子吸水性树脂制成的高分子凝胶灭火剂提高了水和水基灭火剂的灭火效率。

RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料的制备及性能

为了在降低黑索今(RDX)机械感度的同时提高其热分解性能,以四甲氧基硅烷为前驱物,氟硼酸为催化剂,用溶胶-凝胶法制备了RDX-Al质量分数分别为30%、50%、70%(RDX与Al质量比均为6∶1)的三种RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X-射线衍射(XRD)对其形貌及结构进行了表征;用热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)研究了样品的热性能;按GJB772A-1997的方法测试了样品的机械感度。结果表明:RDX/Al/SiO_2是以SiO_2为凝胶骨架,Al与RDX进入到凝胶骨架中形成的纳米复合含能材料;该复合材料中RDX的最小平均粒径为65.09 nm,且其粒径随RDX-Al含量的增加而增大;当RDX-Al的质量分数为30%时,与纯RDX相比,该复合材料中RDX的分解温度较纯RDX提前22.4℃,与原料RDX相比,样品的特性落高提高108.6 cm,爆炸百分数降低60%。

涡环旋转伞流固耦合特性分析

以一种典型的涡环旋转伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法模拟其在无限质量条件下的充气展开过程。计算得到了涡环旋转伞的充气展开和转速、开伞动载等时程变化曲线以及稳态阶段伞周围流场变化规律、伞衣织物的结构强度等流固耦合特性。结果表明:涡环旋转伞在来流12m/s时稳定转速约为3.1r/s,伞衣幅充满外形饱满,与伞塔试验结果吻合;稳态阶段涡环旋转伞上方产生大量涡核,涡核中心的连线类似于空间螺旋线;涡环旋转伞的阻力系数大于一般结构轴对称降落伞;伞衣幅与伞绳连接区域以及边缘区域应力明显高于伞衣幅平均应力水平。

三点起爆同步误差对尾翼EFP成型性能的影响

针对三点起爆同步误差对尾翼爆炸成型弹丸(EFP)成型的影响问题,利用LS-DYNA有限元软件,分析了三点起爆同步误差引起的爆轰波不对称碰撞以及药型罩在复合爆轰波作用下的压垮过程,研究了三点起爆同步误差对EFP的尾翼形成及飞行速度的影响。结果表明,三点起爆同步误差造成三叉形高压区和三叉形中心超高压区偏离药型罩中心,使EFP尾翼成型不规则;三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差为100ns,且尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的水平分速度,提高飞行稳定性。

添加剂对气溶胶灭火剂性能的影响

为了研究不同添加剂对气溶胶灭火剂的相关性能的具体影响,应用尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m的自制有机玻璃灭火箱对草酸铵等10种添加剂进行了研究。结果表明草酸钾,酚醛树脂和邻苯二甲酸氢钾对提高灭火剂的燃烧速度、降低灭火时间、降低残渣率和抑制灭火剂燃烧温度升高有明显作用。研究结果对有针对性地改善气溶胶灭火剂的各种性能有重要意义。

基于MATLAB与ANSYS的火箭弹气动特性工程计算与数值仿真

简易制导弹药是在制式弹药的基础上增加了修正执行机构。为了研究简易制导弹药伸缩式舵机的气动特性对方案弹道的影响,以某火箭弹为对象,分别利用MATLAB和ANSYS对其气动特性进行了工程和数值计算,并将结果与风洞实验数据进行比较。结果表明,工程计算和数值计算的最大误差分别为16.6%和7.1%。

旋转伞-子弹系统动力学建模与仿真

为了更精确地模拟旋转伞-子弹系统的运动,基于第一类拉格朗日方程,建立了5刚体动力学模型并进行仿真计算。将伞绳处理为阻尼弹簧,将伞、弹等处理为刚体,用质心坐标和欧拉角作为广义坐标表达各刚体的位置,给出了约束方程,求解广义力;建立了伞-弹系统动力学方程。利用模型对伞-弹系统的零初速下落过程进行仿真计算,得到子弹的转速及扫描角变化曲线,并设计伞塔试验对计算结果进行验证。对某末敏子弹系统的稳态工作过程进行模拟计算,结果表明,5刚体模型能较真实地模拟末敏子弹稳态扫描段的弹道特性,可为智能弹药系统的总体设计提供参考。

旋转伞-末敏子弹系统动力学建模与仿真

为提高末敏子弹稳态扫描段的整体性能,设计一种由旋转伞和圆形减速伞构成的组合伞系统。基于ADAMS软件,对2种旋转伞-末敏子弹系统进行多体动力学建模,计算零初速自由下落过程,并通过伞塔试验验证模型的正确性。模拟2种系统的稳态扫描过程,得到弹道特性并进行对比分析。结果表明:双伞-子弹系统具有更好的整体运动性能,稳态落速低,滞空时间长,在地面形成更密集的扫描轨迹。

多点起爆网络装药及性能

为了研究多点起爆网络装药对爆轰波输出同步性及起爆能力的影响,以超细奥克托今(HMX)为主体炸药,硝化棉(NC)为粘结剂,(HMX/NC=95∶5)为沟槽传爆药装药,设计了一种3点同步刚性起爆网络,理论分析和测定了起爆网络在不同装药密度下的同步误差,对比试验了沟槽压装装药技术,对传爆药进行了表征,测试了起爆网络相关的爆轰性能,优化了起爆网络装药结构。结果表明,提高起爆网络装药密度能够增加起爆可靠性和降低同步误差,装药密度从1.17 g·cm^(-3)增加到1.47 g·cm^(-3),起爆网络的同步误差从300 ns降低到150 ns。以JH-2压装药柱作为输出端装药,超细HMX/NC传爆药作为沟槽装药,采用沟槽压装装药技术,可以使同步起爆网络的爆轰波输出同步性约为100 ns。