带尾翼的爆炸成形弹丸三维数值模拟

利用LS-DYNA三维动力有限元程序对三点起爆的翻转型EFP形成过程及三个尾翼进行了数值模拟，结果表明：数值计算结果和实验结果吻合得较好，可为弹丸设计的改进和优化提供重要的参考依据。分别选择Johnson-Cook和Steinberg两种本构模型对药型罩材料进行了数值模拟对比，结果表明：药型罩材料的本构模型选取对形成的尾翼效果有一定的影响，Steinberg本构模型与试验结果符合得更好。     

三点起爆形成尾翼EFP的数值模拟和实验研究

利用LS-DYNA软件对三点起爆形成尾翼EFP的过程进行了数值模拟,深入研究了爆轰波传播过程中的波形结构和强度的变化规律以及药型罩材料在复合爆轰波作用下驱动变形的特性和规律,加深了对三点起爆条件下药型罩形成带尾翼EFP机理的认识。在此基础上,设计了三点同步起爆装置和EFP装药进行实验。研究结果表明:设计的三点起爆装置作用可靠,满足三点起爆EFP装药的设计要求;形成的EFP弹形稳定,与计算结果吻合较好;尾翼EFP飞行过程中的速度降减小,稳定性提高。     

杆式射流形成的数值模拟研究

利用数值仿真软件LS-DYNA3D,通过数值模拟方法研究了药型罩压跨、射流的形成、延伸和失稳断裂的全过程,数值模拟结果与实验结果吻合较好,得到了一套实用的数值模拟方法及材料模型参数,定性分析了大锥角的药型罩压垮过程,对形成杆式射流的药型罩结构设计具有一定借鉴意义。     

填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏

采用一种计及三轴因子的损伤模型,以本构关系的内变量理论为基础得到了热塑性本构关系的普适显武表达式;得到了改进的Johnson-Cook本构模型的增量形式; 考虑温度和损伤对材料参数的影响,计入温度和损伤对材料塑性变形发展的耦合作用,给出完备的计算方程组;用Lagrange显示差分的方法对填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏进行了数值模拟,并对结果进行分析,与实验结果进行了比较.     

基于爆炸切割试验的有机玻璃本构模型参数反演

为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数，建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数，确定本构模型参数的调整区间；使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集；建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型；通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性，进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟，计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小，表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法，该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试，获得比较准确的材料本构模型参数。     

应力三轴度的有限元计算修正

对某高强度钢制成的光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸实验,采用ABAQUS对每个试 件进行了数值模拟,得到了该材料的真实应力应变曲线,拟合出了J-C本构模型和失效模型的部分材料常数。 最后,对该高强度钢制成的平板进行了撞击实验,并用得到的J-C模型对平板撞击实验进行了数值模拟,计算 结果与实验结果吻合很好,证明利用数值模拟并修正应力三轴度的方法是可行的。     

高导无氧铜圆柱-平板冲击实验及不同本构模型效果比较

利用一级气炮对高导无氧铜(OFHC)进行了圆柱以205 m/s速度冲击平板实验,并进行了数值模拟。用锰铜应力计测试了靶中应力随时间的变化,并进行了回收观测。采用Johnson-Cook(J-C)、Zerilli-Armstrong(Z-A)、Steinberg-Cochran-Guinan(S-C-G)3种本构模型对实验进行了数值模拟。实验结果与数值模拟结果比较表明:就峰值应力而言,采用J-C、Z-A及S-C-G本构模型的计算结果都比较接近实验;就圆柱变形而言,Z-A及S-C-G模型的计算较J-C模型结果更符合实验。然而,速度为500 m/s冲击实验的数值模拟结果表明:3种本构模型的计算结果差异明显。     

钨合金长杆弹侵彻陶瓷层合板的数值模拟

用自编计算程序给出了长杆弹侵彻陶瓷层合板的数值模拟。其中层合板的面板和背板均为装甲钢,中间为3层氧化铝陶瓷。装甲钢和长杆弹材料的本构关系采用Johnson-Cook模型,将Mohr-Coulomb盖帽模型与Bodner-Partom模型相结合来描述氧化铝陶瓷的失效和流动过程。为了提高有限元的计算精度,使用了一致质量矩阵迭代法,破坏网格的处理采用了网格侵蚀法。数值模拟的最终穿深计算结果与实验一致。     

长杆弹对混凝土的侵爆效应

对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟,分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较,两者定性符合。     

铀铌合金层裂行为的数值模拟

采用一种唯象模型来模拟铀铌合金在高应变率条件下的变形行为,该模型包括了材料的非线性弹性（状态方程）、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应。并且采用一种对角隐式Runge-Kuta方法来求解本构率方程组,提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。对D.L.Tonks等的铀铌合金平板撞击实验进行了数值模拟,并将计算结果同文献中的实验和数值模拟结果进行了比较。结果表明,本文的计算结果比文献中的数值模拟结果更接近有关实验数据。     

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、150 ns;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。     

EFP模拟弹丸侵彻陶瓷复合靶的数值模拟研究

运用LS_DYNA程序中描述陶瓷本构关系的JHC模型和二维轴对称拉格朗日算法,对EFP模拟弹丸侵彻不同厚度99氧化铝陶瓷块/金属复合靶试验进行了数值模拟,获得了侵彻过程中陶瓷的损伤演化和分布以及在A3钢背板中的侵彻深度,与实验结果进行了比对,总的侵彻深度基本相符。数值模拟和试验所得残余侵彻深度与陶瓷厚度之间基本上都呈一种良好的线性关系,因此所得质量防护系数和差分防护系数都随着陶瓷厚度的增加而增加。通过分析侵彻过程中的陶瓷损伤与演化发现:陶瓷块尺寸过小时会由于稀疏波作用使陶瓷抗弹性能下降。     

变截面爆炸成型弹丸垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型

考虑爆炸成型弹丸(explosively-formed projectile，EFP)变截面的特性，基于流体力学Bernoulli方程和绝热剪切理论，改进了EFP垂直侵彻装甲钢板靶后破片质量模型，结合已有的试验数据和数值仿真方法检验了改进后模型的准确性。在此基础上，分析了靶板厚度和EFP着靶速度对靶板和EFP产生的靶后破片质量的影响规律。结果表明:相比于改进前的模型，改进后的模型能够更准确地解释靶板和EFP产生的靶后破片质量随靶板厚度和EFP着靶速度的变化规律；当EFP着靶速度为1 650 m/s时，随着靶板厚度从30 mm增大到70 mm，EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断增强；当靶板厚度为40 mm时，随着EFP着靶速度从1 650 m/s升高到1 860 m/s，EFP变截面的特性对靶板和EFP产生靶后破片质量的影响不断减弱。     

The Mechanical Threshold Stress model for various tempers of AISI 4340 steel

Numerical simulations of high strain rate and high temperature deformation of pure metals and alloys require realistic plastic constitutive models. Empirical models include the widely used Johnson–Cook model and the semi-empirical Steinberg–Cochran–Guinan–Lund model. Physically based models such as the Zerilli–Armstrong model, the Mechanical Threshold Stress model, and the Preston–Tonks–Wallace model are also coming into wide use. In this paper, we determine the Mechanical Threshold Stress model parameters for various tempers of AISI 4340 steel using experimental data from the open literature. We also compare stress–strain curves and Taylor impact test profiles predicted by the Mechanical Threshold Stress model with those from the Johnson–Cook model for 4340 steel. Relevant temperature- and pressure-dependent shear modulus models, melting temperature models, a specific heat model, and an equation of state for 4340 steel are discussed and their parameters are presented.     

含偏心起爆对EFP战斗部飞行特性的影响

为研究起爆不对称性对EFP战斗部飞行特性的影响, 对不同偏心量下?60 mm弧锥结合罩EFP战斗部进行飞行弹道实验。实验结果表明:偏心起爆条件下, 当相对偏心量小于3.3%时, EFP在网靶穿孔接近圆形, 弹丸飞行稳定; 起爆相对偏心量达到6.7%时, 弹丸飞行过程中摆动幅值增大, 降低了对目标的打击精度和毁伤效果。利用LS-DYNA及CFX非线性动力学有限元程序对不同起爆偏心量下成型EFP的空气动力学特性进行数值模拟, 描述了偏心起爆影响EFP成型对称性, 改变弹丸在飞行过程中流场的分布特征, 从而导致弹丸飞行过程中无规则运动的全过程。     

EFP对有限厚靶板侵彻过程及后效研究

描述了爆炸成型弹丸(explosive formed projectile,EFP)对有限厚靶板的侵彻过程,建立了计算EFP对有限厚靶板侵彻过程参数的一维分析模型。基于该模型编制了程序代码,对EFP侵彻有限厚靶板的后效参量及极限穿透速度进行了计算,并和试验结果进行了比较。证明该模型能较准确地对EFP侵彻有限厚靶板后效参量进行计算。     

串联EFP装药隔爆结构和延时起爆控制

结合串联战斗部的特点,提出了一种两级爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)装药的串联装药结构。利用LS-DYNA有限元软件分析了不同隔爆体及延时起爆对后级EFP成型的影响,进行了不同隔爆结构和延时匹配的串联EFP侵彻45钢靶实验。实验结果表明:优化后的串联EFP装药的侵彻深度,已经达到分2次单级连续侵彻之和的96.7%,后级装药的侵彻能力得到有效提高。     

Duplex model for homogenized elastic-viscoplastic behavior of plate-fin structures at high temperatures

In this study, a duplex model is developed as a constitutive model for the homogenized elastic-viscoplastic behavior of a class of plate-fin structures operating at high temperatures. This model consists of plate and fin layers, which are individually ruled by different macro-constitutive models. An anisotropic, compressible power-law equation that was derived in a recent study by the present authors is used to describe the homogenized viscoplastic behavior of the fin layer. On the other hand, an isotropic, incompressible power-law equation is used as the macro-constitutive equation of the plate layer. The duplex model developed is applied to an ultra-fine plate-fin structure made of Hastelloy X. It is shown that the duplex model is more successful under multiaxial loading than the corresponding simplex model in which plates and fins are non-separately homogenized.     

平流层飞艇空气动力估算

本文采用有限基本解方法与工程估算方法相结合的气动力工程计算方法,用以计算平流层飞艇的气动力。将飞艇所受的气动力分成飞艇艇身和尾翼所受气动力两部分,每一部分的气动力按照无粘性流产生的线性气动力和粘性引起的非线性气动力分别进行计算。根据势流理论对飞艇艇身线性气动力进行分析计算,由于飞艇艇体是旋成体,故根据Allen的横流阻力理论对其所受的非线性气动力进行计算;尾翼的线性气动力采用有限基本解方法进行计算,非线性气动力用Polhamus-Lamar吸力比拟方法估算。该方法中考虑了由于尾翼安装在体上后,处于艇体产生的上洗流场中,尾翼气动力的变化和尾翼对艇身气动力的干扰作用。通过算例的计算与实验结果比较得出该方法可以快速、准确的计算飞艇所受的气动力。