大孔径双向聚能射孔弹的研究

 设计了一种双锥药型罩与双向装药结构相结合的聚能射孔弹模型,通过数值模拟方法研究其射流成型机理,并计算其射流参数。结果显示：双锥药型罩的小锥角部分形成聚能射流,大锥角部分形成翻转弹丸,射流头部和弹丸的速度分别为6 250 m/s和1 620.9 m/s,弹丸长度和平均直径分别为26.1 mm和8.6 mm。结合数值模拟结果,对射流侵彻公式进行了修正,并利用修正公式预测该射孔弹侵彻钢靶的深度,计算结果为69.6 mm。最后,按照该模型进行侵彻实验,实验回收弹丸的长度和平均直径分别为28.1 mm和8.8 mm,侵彻钢靶的深度和孔径分别为70 mm和17 mm。实验表明：数值模拟与理论计算方法相结合是可行的,能够有效地计算射孔弹的射流参数并预测其侵彻深度;该射孔弹侵彻性能优越。     

PELE弹丸壳体的损伤断裂模型

结合横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻金属靶板的数值模拟结果和实验结果,将PELE弹丸壳体膨胀断裂过程分为加速膨胀和匀速膨胀两个阶段。在封加波提出的损伤度模型的基础上,推导得到PELE弹丸壳体的损伤断裂方程;并通过PELE壳体断裂实例计算了PELE弹丸壳体膨胀断裂过程的参数,分析了弹丸着靶速度与壳体断裂之间的关系,为PELE弹丸设计提供了理论指导。     

混凝土靶体预开孔对弹丸侵彻性能的影响

根据串联战斗部对混凝土目标的毁伤模式,将其前、后级的作用过程进行分解,结合前级对目标的预破坏,运用数值模拟分析了混凝土靶体预开孔对弹丸侵彻性能的影响,并通过实验进行了部分验证。结果表明:相同靶体开孔深度一定条件下,随着开孔数量的增加,弹丸的侵深逐渐增加,但当开孔数量增大到一定程度时,其对弹丸侵深的提高并不是很明显;当弹丸侵深未超过开孔深度时,随开孔数量增加,弹丸侵彻过载明显下降,而当弹丸侵深超过开孔深度后,开孔数量对弹丸侵彻过载的影响则不大。相同靶体开孔数量一定条件下,随着开孔深度的增加,弹丸的侵深逐渐增加;当弹丸侵深未超过开孔深度时,弹丸的侵彻过载出现明显的下降段,且开孔越深,下降段越长;而当弹丸侵深超过开孔深度后,开孔深度对弹丸侵彻过载的影响则不大。研究结果可为串联战斗部的前、后级优化设计提供参考。     

水泥砂浆抗弹性能研究

对于水泥砂浆的抗弹性能研究,目前很少考虑靶体所处的应力状态,为此基于自研的真三轴静载混凝土侵彻实验装置和水泥砂浆抗弹性能实验结果,讨论了水泥砂浆在不同应力状态下的开坑深度和开坑阻力。应用侵彻深度的经验公式和基于HJC模型的有限元数值计算方法,对比分析了水泥砂浆侵彻实验,结果表明,对于低速冲击过程,采用UMIST公式和HJC模型的数值分析对开坑深度的预测较为有效。应力状态对开坑深度有明显的影响,即随着侧限增加,水泥砂浆的三轴强度提高,弹丸的开坑深度减小。应用基于HJC模型的数值分析方法,研究了弹丸开坑过程中弹体内的加速度波形和y轴支撑杆上的波形,结果表明:弹丸开坑过程对两种波形都有影响,其中y轴支撑杆上的波形可以更好地反映开坑过程。虽然数值模拟结果与实验波形的趋势基本一致,但是应力幅值有一定的差异,说明基于HJC模型的数值分析对开坑阻力的计算能力尚待提高。     

锥头弹丸撞击下FRP层合板的侵彻与穿透的理论研究

 研究了锥头弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透性能，在局部化破坏模式假定的基础上改进了Wen提出的能量简化分析模型。改进模型仍假设弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力由靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力和速度效应引起的动阻力两部分组成，认为侵彻过程中靶体对弹体的阻力不再是一个常数，而是侵彻速度的函数。并由此推导出了锥头弹丸在侵彻和贯穿过程中的侵彻深度、残余速度和弹道极限速度的公式。理论预测与实验结果符合得很好。     

高速碰撞过程中应变硬化材料靶动态响应研究

 给出了适用于可压缩、弹塑性、按幂次律应变硬化材料的动态柱形腔膨胀模型和侵彻模型，并编制了相应的计算程序。腔膨胀模型给出靶中应力分布情况，侵彻模型根据腔膨胀模型的有关结果来预估具有锥形头部的刚性弹丸侵彻半无限厚靶的最终侵彻深度以及贯穿薄靶时的弹丸剩余速度和弹道极限速度。给出了钨合金弹丸正碰5083-H131铝靶和钢弹丸正碰6061-T651铝靶的一些计算结果，计算结果与实验结果及二维拉氏弹塑性LTZ-2D程序的数值模拟结果符合得很好。     

动能弹对混凝土靶侵彻深度的PSO-SVM预测

目前混凝土毁伤效应中侵彻深度的预测对防护工程设计与建设有着重要的指导意义,传统的预测方法存在样本需求量大、预测误差大等问题。根据支持向量机原理,采用粒子群算法优化模型参数,提出了预测动能弹侵彻深度的粒子群-支持向量机方法,并编写了相应的计算程序,通过援引实测数据验证预测的准确性。结果表明:该方法对于小样本、非线性预测有较大优势,相比于传统的灰色理论预测,其预测相对误差较小(最大相对误差为3.18%);随着训练样本量增多,最大相对误差逐渐减小,且变化速率逐渐减缓,但计算量增大。因此,粒子群-支持向量机方法用于动能弹侵彻混凝土靶体的深度预测是合理可行的。     

卵形弹侵彻混凝土靶实验研究

 采用电探针测试技术和分幅照相技术测定了按比例缩小的三种弹丸的着靶速度及侵彻过程，获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度数据。通过对实验数据的分析，给出了估算弹丸着靶速度与最大侵彻深度的经验公式，计算结果与本实验和文献［2, 3, 4］的实验数据相符。     

高速弹丸侵彻混凝土性能数值模拟

利用ANSYS/LSDYNA软件，弹丸采用弹塑性硬化材料模型，混凝土采用HJC材料模型，并利用以前对弹丸侵彻混凝土研究所得到的材料参数，对同截卵、尖卵两种头形且尺寸和重量都较大的弹丸侵彻混凝土的侵彻性能进行了数值模拟研究。由于弹靶尺寸特征相差较大，在现有计算条件下，给建模和分析带来了较大困难，为了能将计算规模控制在可求解的范围内，我们采用二维模型来分析研究弹丸的高速侵彻能力，采用三维模型来研究当弹丸带有—定攻角和着角时其在进入隧道段之前的行为。     

分体式动能子弹对混凝土靶的侵彻与毁伤特性分析北大核心CSCD

为探索新型主动式钻地原理,提出了一种分体式动能子弹的结构形式。采用有限元仿真软件AUTODYN模拟了弹丸侵彻混凝土的过程,并通过靶场实验验证了数值计算结果。另外,还利用分形几何理论方法对分体式动能子弹对混凝土靶的毁伤破碎效果进行了定量评估。结果表明:在侵彻过程中,采用分体式弹丸结构,能够有效提高对岩土类目标介质的横向作用范围。分体式动能子弹侵彻后,素混凝土靶的破碎分布近似符合统计分形规律,可以用分形维数表征其破碎效应。     

锥头弹丸撞击下固支金属厚靶的侵彻与穿透的理论研究(英文)

研究了在不同速度的刚性锥头弹丸撞击下固支金属厚靶的侵彻和穿透性能。假定靶板的变形是局部化的,且冲击能量仅通过侵彻过程吸收,同时假定弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力是由基于空穴膨胀理论的靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力以及速度效应引起的动阻力两部分组成,认为侵彻过程中靶体对弹体的静阻力要进行自由表面效应修正,而且动阻力是瞬时侵彻速度的函数。获得了锥头弹丸在侵彻和贯穿过程中的弹道极限速度和残余速度的公式。将理论预测与实验结果进行比较,发现两者符合得很好。     

分体式动能子弹对混凝土靶的侵彻与毁伤特性分析

为探索新型主动式钻地原理,提出了一种分体式动能子弹的结构形式。采用有限元仿真软件AUTODYN模拟了弹丸侵彻混凝土的过程,并通过靶场实验验证了数值计算结果。另外,还利用分形几何理论方法对分体式动能子弹对混凝土靶的毁伤破碎效果进行了定量评估。结果表明:在侵彻过程中,采用分体式弹丸结构,能够有效提高对岩土类目标介质的横向作用范围。分体式动能子弹侵彻后,素混凝土靶的破碎分布近似符合统计分形规律,可以用分形维数表征其破碎效应。     

卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究

 用头部曲率半径为4.0、直径100 mm、质量为25 kg的卵形弹丸对混凝土进行侵彻实验，并测试了炮膛内和侵彻过程中弹丸的加速度时程曲线。实验用混凝土靶的抗压强度为35 MPa，密度为2 450 kg/m³，有3 m×3 m×3 m和2 m×2 m×2 m两种尺寸。测试弹丸发射和侵彻过程加速度的记录系统刚性固结于弹丸内部。弹丸侵彻初速在310 m/s至632 m/s之间，弹丸的峰值过载在12 000 g到22 000 g之间。实验后将测试的侵彻深度、侵彻过程弹丸的加速度时程曲线与用Forrestal 的理论模型计算得到的结果进行了比较分析。实验结果对认识侵彻的整个过程和相关弹药的设计有重大意义。     

弹体侵彻混凝土开坑阶段阻力的计算

为了研究弹体侵彻开坑过程中弹头表面阻力,采用应力波表层损伤理论分析了混凝土开坑区的侵彻特性,并在应力波反射形成层裂的基础上解释了靶面成坑机理,建立了计算开坑区弹头表面阻力的新模型,通过数值仿真和实验方法对新模型进行验证。结果表明:数值模拟和实验与新模型的计算结果吻合较好,开坑过程中弹体表面阻力与速度和弹体头部形状有关。新模型能够较好地描述开坑深度与速度的关系,适用于弹体侵彻混凝土靶的阻力计算,克服了Forrestal半经验法的不足。     

分段PELE弹体冲击多层靶板数值分析

为了实现侵彻体对多层靶板的高效毁伤,采用数值模拟方法研究了分段式横向效应增强体(PELE)对4层金属靶的侵彻效应,获得了弹体侵彻速度和靶板厚度对弹体终点效应的影响。结果表明,分段PELE弹侵彻4层靶的靶后效果优于普通PELE弹。与金属杆相比,分段PELE弹侵彻多层靶后的弹孔直径更大。弹丸贯穿各层靶板后壳体的径向速度峰值随着靶板厚度的增加而增大,而壳体破碎长度并不随之线性变化。提高弹丸侵彻速度时,弹丸穿过第1层靶板后壳体破碎长度的变化趋势与径向速度峰值的变化相似,穿过第2层和第3层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值在侵彻速度为1.4km/s时达到极大值,随后下降,而穿过第4层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值随着初速度的增加而增大。     

弹丸在混凝土靶中运动轨迹的数值模拟

 针对混凝土的破坏模式，将最初用于研究岩石破碎的连续损伤模型加入到三维非线性有限元动力分析程序LS-DYNA中。利用数值模拟方法研究了弹丸对混凝土的斜侵彻过程，对弹丸在混凝土靶中的几种可能运动轨迹进行了分析，得到了影响弹丸轨迹的几个因素。     

厚金属靶在弹丸打击下的侵彻与穿透

 给出了预测厚金属靶在不同形状弹头弹丸大速度范围内打击下侵彻与穿透的简单分析方程。在方程的建立过程中，假定变形是局部化的、冲击能量仅由侵彻过程吸收，并进一步假定靶材料对弹丸的平均阻（压）力由两部分组成：一部分基于空穴膨胀理论由于靶材料弹-塑性变形所产生的准静态凝聚阻力；另一部分是考虑了速度效应后的动压力。推导出了预测靶侵彻深度和弹道极限的方程表达式，并与金属靶在不同形状弹头弹丸大速度范围内打击下侵彻与穿透的实验进行了比较。理论预测与实验结果吻合得很好。     

弹丸对钢筋混凝土中钢筋交汇处侵彻效应研究

考虑弹丸在钢筋交汇处与钢筋直接发生作用的情况,提出了弹丸侵彻钢筋混凝土的近似模型。利用该模型得到了弹丸侵彻钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时间历程。计算结果与实验结果符合较好。用该模型分析了不同配筋结构、配筋尺寸和网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响,结果表明:弹丸从钢筋交汇处侵彻时,当弹丸动能相对较小时,随着网眼尺寸的减小,弹丸的大部分能量均消耗在侵彻第一层配筋结构中,当弹丸动能较大时,不管网眼尺寸多大,第一层配筋均只消耗掉弹丸的部分能量;配筋直径和网眼尺寸对侵彻深度的影响较大。     

SPH方法在宽速域岩石侵彻问题中的应用

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对花岗岩靶板受碰撞侵彻的大应变、高应变率变形问题进行了数值模拟。为了描述弹目材料的非线性变形及破坏特性,对花岗岩靶板引入了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型及损伤模型,对弹体引入含损伤的Johnson-Cook(J-C)本构方程和Grüneisen状态方程,靶板与弹体均离散成拉格朗日粒子。通过自编程序仿真计算0～4 m/s的着靶速度下花岗岩靶板的三维侵彻过程,对比分析了钢珠在不同弹体条件下的侵彻结果,在固体侵彻、半流体侵彻和流体侵彻的区域内拟合了侵彻深度随着靶速度的变化曲线。数值计算结果显示,侵彻深度随着靶速度的增加在固体侵彻区间(v01421 m/s)呈现递增趋势,在半流体侵彻区间(1421 m/s?v0?1700 m/s)呈现递减趋势,在流体侵彻区间(v0 1700 m/s)呈现递增趋势并逐渐趋于平滑,达到峰值。     

双硬度靶对球形弹丸的防护性能

以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5mm的滑膛枪发射直径为6mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光滑粒子流体动力学(FE-SPH)耦合法,进行数值模拟。基于实验和数值模拟结果,分析了不同靶板的毁伤机理和破坏模式,以及靶板厚度、强度等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形弹丸的垂直侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;对于双层靶而言,钢面板与铝背板的厚度比约为2/3时,复合靶的抗侵彻性能最差;数值计算结果与实验结果吻合良好,表明FE-SPH耦合算法可较好地预测双层复合靶板的抗侵彻性能。