间隔靶对射流侵彻影响的数值模拟和实验研究

对某聚能装药射流侵彻靶板的过程进行了数值模拟 ,得出其碰撞点附近应力分布与传统理论相符 ,侵彻深度与实验结果及工程计算结果基本相符 ;分别对该聚能装药侵彻连续靶和间隔靶的过程进行了数值模拟 ,数值模拟结果显示间隔靶的侵彻深度明显低于连续靶的侵彻深度 ,这说明侵彻开坑阶段的能耗侵深比远大于准定常阶段。为了验证间隔靶对射流侵彻的影响 ,用另一聚能装药分别对连续靶和间隔靶进行了侵彻实验 ,并排除了炸高的影响。实验结果也表明 ,间隔靶对射流侵彻的确存在着不利影响。还结合数值模拟及实验结果对传统的侵彻公式进行了修正。     

一种组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构毁伤的数值模拟及试验研究

为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理,基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法,对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究,采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明,在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流,可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中,利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现,与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用,而随着水层厚度的增加,沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减,爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显,主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证,对比分析了每层靶板的穿孔尺寸,试验结果与数值计算结果符合较好,最大误差小于15%。     

夹层聚能装药作用过程的数值模拟

基于凝聚炸药冲击起爆的Lee-Tarver模型，利用AUTODYN有限元计算软件对夹层聚能装药作用过程进行了数值模拟。分别对夹层聚能装药爆轰波形传播过程及其特性参数进行了数值计算,对典型聚能装药采用单一结构装药、夹层装药的射流成型过程进行了数值研究,最后对不同爆速炸药匹配关系的夹层聚能装药射流参数进行了计算分析。计算结果表明,相对于单一结构装药，夹层装药射流头部速度提高了20%,夹层聚能装药能有效提高聚能金属射流头部速度、提高侵彻深度、增加炸药装药的作功能力。     

聚能炸药逆向环形起爆形成高速射流研究

设计了一种长径比为 0 .375 ,罩锥角为 12 0的大锥角小长径比聚能装药。利用闪光X射线摄影技术观察了小长径比聚能装药正向起爆时形成的射流图象以及逆向起爆时药型罩的压垮图象和射流图象。给出了形成射流的头部速度、射流的质量分布等射流特性参数。试验的聚能装药逆向起爆时射流头部速度为 7.48km/s,而正向起爆时仅为 4.34km/s。试验研究表明通过逆向环形起爆 ,小长径比聚能装药获得高速射流是可行的。     

基于聚能射流的岩石定向劈裂机制

基于岩石材料脆性断裂模型分析，从提高炸药能量向岩石断裂表面能转换效率的角度，提出采用预切槽和多点聚能射流冲击岩石进行裂纹引导与扩展，实现岩石定向劈裂。设计了一种可用于岩石劈裂的聚能装药，利用数值计算方法研究了岩石类脆性材料在聚能射流冲击作用下的定向劈裂机制，并计算比较了不同形状金属杆射流对岩体的冲击劈裂效果。分析计算该聚能装药射流形成与岩石的侵彻断裂过程，得出用于岩石劈裂的最佳聚能装药结构与炸高。实验成功用2枚聚能装药将岩石试块按预制方向劈裂，测试获得的岩石表面应力峰值约0.5～0.8 MPa。结果表明，采用该聚能装药在25 mm炸高下能够形成长径比约1∶3的楔形金属杆射流，沿着控界面预先设计的切槽方向，多点设置聚能装药，同时起爆后形成楔形金属杆射流冲击岩石，产生了较好的定向劈裂效果。该方法将爆炸能量精准导入控界面并有效地转换成岩石断裂表面能，从而提升了岩石定向劈裂的效果及炸药的能量利用率，研究结果可为大范围岩体开挖精确控界爆破切割装置设计及降低工程爆破危害提供参考。     

聚能装药的欧拉数值模拟

用二维有限差分欧拉程序MEPH2Y模拟了聚能装药的作用过程，包括爆轰波的形成、传播及与其他介质的相互作用，高温高压下射流（或射弹）的形成、延展、减压、断裂，射流（或射弹）对靶的侵彻及靶的成坑和动态响应等过程。介绍了程序所用的数学模型、数值方法，以及模拟的部分问题与实验结果的比较。结果表明，数值模拟结果与实验结果符合较好。     

SPH方法在聚能装药射流三维数值模拟中的应用

采用有限元软件LS-DYNA中的SPH算法实现聚能装药射流形成过程的三维数值模拟.将SPH方法和FEM方法与理论计算结果相比较.研究结果表明:SPH数值模拟计算过程十分稳定,避免了有限元数值模拟过程中的网格扭曲、缠绕和物质穿透等问题,而且计算精度比有限元方法更高；采用SPH方法计算的射流速度、射流长度与有限元计算结果和...     

聚能装药对混凝土靶板的侵彻研究

系统开展了不同药型罩材料、不同锥角、不同壁厚的聚能装药在不同炸高下侵彻混凝土试验, 研究了罩材料、锥角、壁厚、炸高等结构参数对漏斗坑直径、侵彻孔洞直径、漏斗坑深度以及侵彻深度等参数的影响规律;应用空腔膨胀理论计算了混凝土靶体阻力, 采用改进的伯努利方程和两阶段空腔膨胀理论获得了混凝土靶板在侵彻体作用下的侵彻深度和孔洞直径, 理论结果与试验结果基本吻合;基于AUTODYN 软件平台, 采用与试验一致的聚能装药结构, 开展了57 种工况下侵彻体成形过程的数值模拟研究, 并对其中典型工况的侵彻混凝土过程进行了数值模拟, 计算所得孔洞直径和侵彻深度与试验结果吻合较好, 在此基础上深入探讨了聚能装药作用下混凝土漏斗坑的形成机理, 分析表明, 铝药型罩的开坑机理不同于钢和铜药型罩.     

聚能射流形成数值模拟

基于网格自适应方法,ALE方法和SPH方法模拟了聚能射流形成过程.分析了射流头部速度随时间的变化关系,初始时刻位于药形罩不同位置的金属形成射流后的速度分布情况以及射流形成后沿射流方向射流整体速度分布情况.对比了三种方法用于模拟聚能射流形成问题的特点以及与实验的近似程度.数值模拟结果与射流形成过程与机理一致,可以体现射流形成特点,且SPH方法计算结果与实验数据最为接近.     

药型罩锥角对射孔枪射流冲击过程的影响

采用ALE方法对射孔弹射流形成的过程及聚能射流对混凝土靶板的侵彻进行了数值模拟,对比了锥形药型罩的不同锥角对聚能射流形成和侵彻的影响.研究结果表明药型罩的锥角大小对聚能射流的速度和形状、射流头部和杵体的质量、侵彻的宽度和深度有着明显显著的影响.小锥角射流头部比重较小且杵体速度未达到侵彻临界值而无法起到很好的侵彻效果,大...     

Experimental investigation of penetration performance of shaped charge into concrete targets

In order to develop a tandem warhead that can effectively destroy concrete targets, this paper explores the penetration performance of shaped charges with different cone angles and liner materials into concrete targets by means of experiments. The penetration process and the destruction mechanism of concrete targets by shaped charges and kinetic energy projectiles are analyzed and compared. Experimental results suggest that both kinetic energetic projectile and shaped charge are capable of destroying concrete targets, but the magnitudes of damage are different. Compared with a kinetic energy projectile, a shaped charge has more significant effect of penetration into the target, and causes very large spalling area. Hence, a shaped charge is quite suitable for first-stage charge of tandem warhead. It is also found that, with the increase of shaped charge liner cone angle, the depth of penetration decreases gradually while the hole diameter becomes larger. Penetration depth with copper liner is larger than of aluminum liner but hole diameter is relatively smaller, and the shaped charge with steel liner is between the above two cases. The shaped charge with a cone angle of 100° can form a jet projectile charge （JPC）. With JPC, a hole with optimum depth and diameter on concrete targets can be formed, which guarantees that the second-stage warhead smoothly penetrates into the hole and explodes at the optimum depth to achieve the desired level of destruction in concrete targets.     

一种新型聚能战斗部

根据能量利用的观点提出了一种将聚能射流与爆炸成型弹丸相结合的新型聚能战斗部装药结构,在此基础上,运用系统的静破甲实验研究了该战斗部装药结构关键参数对破甲效果的影响。实验结果表明:保持穿孔孔径相当和同等装药条件下,该聚能装药结构比普通EFP装药结构穿深可提高约50%,小锥角聚能罩采用裂锥型是一个更好的选择。利用等效药量法对小锥角聚能罩的最大底面半径进行了工程计算。实验和计算结果表明该新型聚能战斗部有较大发展潜力。     

Jet formation and penetration mechanism of W typed shaped charge

Existing classical shaped charges are well known for their longer jets capable of achieving large hole depth to hole diameter ratios in metallic targets. However, in some situations, there arises demand to obtain 1：1 ratio for hole depth to hole diameter which is beyond normal shaped charges capability. A new variant of shape charge, named W typed shape charge （WSC）, is proposed in this paper, which can meet the demand of 1：1 ratio, and is based on the geometry that can produce annular jets upon proper initiation scheme. In this paper, we present formation and penetration results of WSC based on three different schemes. We also show that not all WSC designs can form annular jets, only annularly initiated WSC, which also fulfils the ＂Internal-External Liners Equal-Impulse＂ criterion, has the capability to form annular jet. The experimental and numerical results show that when the ratio between annular initiation ring diameter and the charge diameter is 0.75, an annular jet is formed, which was also supported by high speed photographs performed in vacuum. 2D numerical simulations are performed with indigenously developed simulation software, where Eulerian approach with multi-material interface tracking algorithm is utilized, to find various mechanisms involved during jet formation process. The calculation results are found in good agreement with the experimental results, indicating that the interface treatment algorithm proposed in this paper can not only deal with large deformation problem, but also depict clearly the variation of materials interface. It is especially suitable for simulation of the process from liner collapse to formation of shaped charge jet.     

一种高精度欧拉算法在成形装药金属射流问题中的应用

构建了一套高精度的求解成形装药金属射流问题的数值方案，给出了适用于欧拉程序的同时考虑塑性温升和冲击温升的计算方法,通过固体炸药爆炸的经典算例证明了程序是高精度的。对成形装药金属射流进行了模拟，给出了炸药的起爆、金属衬垫的失效以及射流的形成过程。研究了衬垫形状对射流形状、速度和温度的影响,通过数值分析发现，随着衬垫顶角的增大，射流的长度变短，速度减小，衬垫材料的利用率有所增加;在爆炸载荷作用的初期，衬垫的温度随着衬垫顶角的减小而增大，而当射流形成并趋于稳定之后，4种衬垫构型产生的射流温度十分接近。     

一种新型聚能战斗部的实验研究

本文根据能量利用的观点提出了一种新型聚能战斗部装药结构,指出开展其研究的重要价值;并对其射流与弹丸的成型过程和破甲机理进行了理论分析,在此基础上进行了系统的静破甲实验,并对该战斗部装药结构的一些关键结构参数(例如空孔孔径、炸高、小锥角聚能罩底面直径和锥角角度)和大、小锥角聚能罩材料之间的匹配关系对静破甲效果的影响进行了系统的分析研究。实验结果表明:在各自最佳炸高条件下,该新型聚能装药结构比普通EFP装药结构,在保持相当穿孔孔径、同等装药和壳体约束条件下,可以提高穿深达50%左右。进一步深化了聚能效应的内涵和丰富了打击目标的手段。     

聚能装药侵彻钢板全过程的数值模拟

基于MOCL(MarkonCellLine)分界面跟踪算法 ,用二维多流体网格法的欧拉程序 ,数值模拟了锥形罩聚能装药侵彻钢板的全过程 ;与试验结果进行了比较 ,可以满足工程设计的需要。这种连贯性的模拟能力避免了数值计算中对射流的许多人为假定 ,对数值模拟串联战斗部的终点效应具有一定的实用价值。     

高熵合金药型罩射流成型与稳定性

近年迅速兴起的多主元高熵合金因其具有很宽的成分-性能调控范围及一系列优异力学性能, 有望替代紫铜成为新一代药型罩材料. 本文基于CrMnFeCoNi五元高熵合金动态力学性能实验和数值模拟, 探索该合金用作药型罩的适用性. 基于分离式霍普金森拉杆和材料试验机研究了高熵合金不同应变率及温度下的力学行为, 获得了高熵合金Johnson-Cook热黏塑性动态本构. 利用流动速度与临界压垮角关系对凝聚性高熵合金射流形成边界进行界定. 结合数值模拟验证了高熵合金射流形成边界的合理性, 并进一步揭示了射流高速拉伸断裂演化规律. 研究表明: 射流断裂时间与材料强度成负相关, 材料动态强度增大, 将会引起射流断裂时间下降. 本工作可为新型高熵合金药型罩结构设计提供参考.      

线型聚能装药的理论研究

本文提出了一端起爆的线型聚能装药射流形成的不定常理论模型。根据这一模型,当金属罩在爆轰波作用下的运动速度为已知时,则不论此速度是否是时间或初始位置的函数,都能得到射流形成时的速度,质量和位置等参数。 按照本文模型,Defourneaux.M.的定常射流形成定常模型是一个简单的特例。我们利用本文的模型对等厚度装药的情况进行了计算,并与实验结果比较,两者符合良好。同时计算结果表明,考虑射流形成的不定常因素,可以较好地解释射流头部的质量堆积和射流内部的反向速度梯度等实验现象。本文的模型可以为线型聚能切割索的设计提供较为准确的理论指导。     

反钢筋混凝土串联聚能装药技术研究

根据钢筋混凝土目标的特点，提出了一种高速杆流与低速杆流相结合的新型串联聚能装药结构。利用有限元软件分别对前级装药、后级装药的成型过程进行了数值仿真。在此基础上开展了系列串联聚能装药毁伤钢筋混凝土目标的静破甲实验。结果表明:该串联装药可有效提高对钢筋混凝土目标的毁伤能力，能起到对钢筋混凝土的扩孔作用。实验和数值仿真计算结果都表明该串联装药在对付钢筋混凝土、机场跑道、多层间隔靶等反硬目标串联型战斗部中有较好的应用前景。