旋转助推钻地弹侵彻混凝土靶试验

建立了弹丸侵彻混凝土目标靶时弹体温度变化计算模型,并结合某实验弹体结构,对钻地弹侵彻过程弹体温度的变化进行了计算,分析了弹丸头部形状及着靶速度对弹内装药安全性的影响,研究结果可为钻地弹弹体设计及装药安全性的研究提供参考。

采用三维数值计算程序模拟了全尺寸钻地弹对半无限厚高强度混凝土靶板的垂直侵彻过程。根据计算结果,分析了弹-靶的动态响应特性,研究了战斗部着速对侵彻深度的影响,并分析了侵彻过程中战斗部装药的过载变化规律,得出了具有一定应用价值的结论。

设计了一种更为强力的钻地弹-钨镇重钻地弹,以提高钻地弹对硬介质目标的侵彻能力。将特殊设计的钨合金结构作为镇重体填加至钻地弹的壳体内部,以提高钻地弹的整体密度,增大面质量,从而提高了钻地弹的侵彻能力。设计了实验用靶、可分离弹托和尾翼,成功进行钨镇重钻地弹缩比弹侵彻混凝土靶的实验室实验和外场实验,并进行了相同条件下普通钻地弹缩比弹对比侵彻实验。实验结果表明:相对于普通钻地弹,钨镇重钻地弹的侵彻能力有了较大幅度的提高;钨镇重钻地弹的弹体结构强度设计满足侵彻需要,弹体在侵彻过程中能有效生存。采用实验的方法研究了缩比率对钻地弹侵彻深度的影响,对钻地弹侵彻深度相似律进行了修正。根据相似律的研究结果,钻地弹的侵彻深度与缩比率成正比关系,但是,该结论忽略了侵彻过程中靶介质动态强度应变率效应的影响。进行了大量的不同缩比率的实验,并收集了相关的实验数据,分析认为,钻地弹的侵彻深度与缩比率呈1.15次方关系。该结论有助于通过缩比实验结果较为准确的预估原型弹的侵彻能力。

为更深入研究钻地弹对钢纤维混凝土介质的侵彻与贯穿问题,根据钢纤维混凝土在弹体侵彻过程中的介质状态及能量的分配关系,提出了介质抗侵彻的变形和破坏模型;通过表征破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,分析得出弹体直径与强度特征参数的比例关系是揭示侵彻与贯穿问题的重要特征量,推导了具有宽广比例尺度关系的锥形弹体侵彻公式,并应用于钢纤维混凝土介质.通过试验数据验证了公式的可靠性.

对常用的钨合金穿甲弹和特制的超细晶钨基穿甲弹进行靶场侵彻对比试验.试验表明,相同条件下,超细晶穿甲弹穿透率大于普通穿甲弹,验证了弹芯材料晶粒度的大小对穿甲的侵彻性能有重要影响.超细晶纳米粉末经过二次烧结制成的弹芯材料晶粒细小,均匀,减少和避免了侵彻过程中弹芯头部出现的"蘑菇头"现象,产生了绝热剪切破坏,有"自锐"效应.超细晶钨基穿甲弹的侵彻能力明显高于钨合金穿甲弹.

为深入研究穿地弹对钢筋混凝土板的贯穿问题,着重分析了贯穿块形成后钢筋混凝土板中混凝土、箍筋、纵向钢筋等要素的作用机理,以及各要素在不同时刻、不同阶段的变形和受力情况,提出了钢筋混凝土板的新型贯穿计算模型。根据此模型,可以确定弹体、贯穿块在贯穿过程中所受到的阻抗力,从而得到弹体和贯穿块的运动方程。结合贯穿系数的定义,可以求解出混凝土板的贯穿系数和钢筋混凝土板的贯穿系数。通过计算结果分析,得出了混凝土板的贯穿系数随弹体侵彻深度hq值的增大而减小,随弹体直径的增大而增大。并与国内外经验公式对比,验证了贯穿系数计算方法是建立在坚实的物理基础上,具有宽广的尺度效应。

为弄清有攻角动能弹垂直侵彻混凝土靶板的特性,利用非线性动力分析软件ls-dyna3d,对混凝土靶板与弹体分别选用hjc与johnson-cook材料模型,就垂直侵彻情况下攻角对侵彻的影响进行了一系列数值模拟。详细描述了有攻角动能弹侵彻靶板的基本现象,指出了攻角不同时弹头的四类侵彻路径,给出了有、无攻角时竖直方向加速度变化规律,分析了攻角对侵彻深度的影响,比较了不同弹速条件下攻角对侵彻的影响程度。

钢纤维混凝土遮弹层抗常规武器侵彻效应问题,是防护工程界亟待解决的一个崭新课题。为研究这种新型防护材料的抗侵彻性能,利用φ12.7mm弹道炮-测速靶系统对混凝土及钢纤维混凝土进行了弹道冲击对比试验,获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体破坏形态等试验参数,并利用高速摄影系统记录了靶体的动态破坏过程。针对现有经验公式均不能反映钢纤维混凝土材料高韧性影响的不足,引入钢纤维混凝土材料韧度r,对试验数据进行了回归分析,导出了侵彻深度工程计算公式。计算结果与试验数据对比表明,预估公式计算精度较高,公式中相关参数简单易于确定,且能反映钢纤维混凝土的高强高韧性特点,在实际工程应用中具有重要的参考价值。

长杆弹对岩石靶的侵彻分析——采用统一强度理论作为岩石材料的屈服准则，建立了长杆弹垂直侵彻岩石靶体的柱形空腔膨胀模型，给出了卵形长杆弹侵彻靶体深度的理论计算公式，求出了弹体以4501400m／s的速度撞击岩石靶体的侵彻深度，并和试验结果进行了比较。...

弹体冲击混凝土半无限靶的侵彻阻力与深度计算

将高速长杆弹对半无限混凝土靶的侵入过程分为开坑、侵蚀阶段侵彻和刚体阶段侵彻。侵蚀过程中计算长杆弹质量的减少量,侵彻过程中计算侵彻深度的增加量,对侵彻增量进行求和得到侵蚀状态侵彻总深度。刚性阶段侵彻混凝土时,运用空腔膨胀理论计算侵彻深度。应用分析模型对钨杆侵彻半无限混凝土靶深度进行了计算,与实验结果吻合较好。

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的mo-hr-coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用a-t模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.

为了研究靶板侧向运动对弹丸正侵彻效应的影响,运用ansys/ls-dyna模拟在不同攻角条件下弹丸对不同运动速度靶板的正侵彻效应。计算结果表明:无攻角条件下,当靶板侧向运动时,弹丸的剩余速度小于侵彻静止靶板时的剩余速度,有攻角时则相反;靶板运动速度对弹丸侵彻姿态影响比较明显,且弹轴与初始位置的最大偏转角随弹靶x方向的速度之差的增加而增加。本研究揭示了侵彻运动靶过程中弹丸侵彻姿态、速度等的变化规律,可为打击运动目标的有关弹药设计提供参考。

在非线性显示动力分析有限元程序ls-dyna中,采用lagrange算法,靶板材料选择适合金属侵彻问题的johnson-cook模型和gruneisen状态方程,建立了穿甲弹侵彻2519a—t87铝合金靶板的四分之一有限元模型。通过穿甲弹侵彻靶板的模拟结果,分析靶板在穿甲过程中的温度和剪切应力的分布及变化规律,为揭示铝合金的绝热剪切带的形成机理提供依据。

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7mm穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型latticediscreteparticlemodel、弹塑性模型和johnson-cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明:相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到:圆柱靶直径大于30倍弹径时,弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。

为研究钢纤维混凝土与普通混凝土抗弹丸侵彻性能的异同之处,利用别列赞公式对φ37mm弹丸侵彻两种混凝土靶弹道试验数据进行了拟合、分析。并基于ls-dyna3d有限元程序,引人holmquist-johnson-cook累积损伤材料模型以描述混凝土材料的非线性变形及断裂特性,对弹丸侵彻两种混凝土靶进行了三维数值模拟计算,得到了侵彻过程中的主要物理图像和数据,进而对计算结果进行了分析讨论。研究表明,与混凝土相比,钢纤维混凝土抗侵彻能力的提高是由材料抗压强度及抗冲击韧性提高共同作用的结果。

采用刚塑性不可压缩的介质模型,用极限分析理论的上限方法,通过建立动力学许可速度场得到介质对弹体侵彻的静阻力分量,通过破碎介质动量守恒条件得到弹体侵彻的动阻力分量,在模型中还考虑了介质的尺度关系和弹体的弹头形状两种影响因素。侵彻过程中的速度、加速度、阻力和经历时间通过弹体的运动方程增量计算得到。通过与几种常用经验公式比较说明了本文方法的实用和可靠性。

运用有限元分析软件ansys/ls-dyna对钢纤维体积分数为0,0.5%,1.0%,钢管壁厚度为4,7.5mm的钢管钢纤维高强混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟研究,引入jhc模型来描述钢纤维高强混凝土在高速、高压环境下的非线性变形和破坏情况。通过分析距离中心侵彻位置不同节点的位移变化曲线,研究了钢管分隔作用对遮弹层抗侵彻的影响,并与现场试验结果进行对比,吻合较好。同时,研究了钢纤维体积分数及钢管壁厚度对遮弹层抗侵彻的影响,结果表明:钢纤维的掺入减轻了弹体的破坏效应、限制了侵彻深度;钢管壁厚度的增加使其更好地发挥了自身的套箍及吸能作用,提高了遮弹层整体的抗侵彻能力。

本文针对子弹撞击陶瓷/铝合金复合靶板的实验现象,建立了在冲击载荷作用下薄板的动态响应模型。在给定的靶板条件下,该模型可以仿真在冲击载荷作用下靶板的弹道极限速度,并且把该模型与其它的模型进行了比较和实验验证,实验结果和数值结果具有较好的一致性。

检表4 混凝土回弹强度试验数据记录表 检测编号仪器名称及编号检测依据 委托单位构件名称 环境条件 工程名称(地点）检测日期 测区12345678910111213141516 有效均值 n 碳化深度 l(mm) 推算强度 nr（mpa） p审核：复核：计算：检测： 第页共页

复合装甲的高速侵彻过程一直是军事和结构领域所关注的问题。在大量破片侵彻试验的基础上,利用非线性有限元分析软件ls-dyna对破片侵彻陶瓷/frp复合靶板的过程进行了数值模拟,研究了侵彻过程靶板的破坏形式,分析了侵彻过程中破片速度的变化,以及不同厚度陶瓷对剩余速度的影响,并通过与试验数据的比较,验证了数值模拟在分析破片剩余速度和靶板破坏形式等方面的有效性。

为了研究不同结构的ti-6al-4v靶板的抗弹性能,通过非线性动力学软件autodyn对不同直径的钢球侵彻不同结构的ti-6al-4v靶板进行了数值仿真,验证了材料模型的可靠性,计算出了不同直径钢球对半无限靶版的极限穿透深度和间隔靶板在不同间隔下的弹道极限速度,为钛合金在军事上的应用提供一定的参考。