抗战斗部侵彻爆炸作用的混凝土遮弹层设计

准确评估战斗部侵彻爆炸作用下混凝土遮弹层的损伤破坏可为防护工程设计提供重要参考。首先基于Karagozian&Case(K&C)模型框架建立了新型混凝土动态损伤本构模型,其中强度面综合考虑了静水压力、Lode角、应变率和损伤;独立描述了拉伸和压缩损伤,并考虑了拉压之间的连续过渡以及剪切变形和体积压缩对损伤的贡献。随后,开展了半无限厚混凝土靶体的105 mm口径弹体侵彻爆炸联合作用试验。进一步通过对上述试验和已有有限厚混凝土靶板的预制孔埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了所建立的本构模型、参数取值和有限元分析方法在描述混凝土动态阻力、损伤演化和开裂行为方面的准确性。最后,确定了SDB、WDB-43/B和BLU-109/B三种典型战斗部以声速侵彻爆炸普通混凝土的临界贯穿和临界震塌厚度。结果表明：SDB、WDB-43/B和BLU-109/B战斗部侵彻爆炸作用下混凝土的临界贯穿厚度分别为1.4、3.4和3.8 m,临界震塌厚度分别为3.6、6.3和8.3 m;由于携带炸药量的差异,不同战斗部侵彻爆炸下的临界贯穿和临界震塌厚度与侵彻深度的比值非定值,相应的比值范围分别为1.4...     

侵彻爆炸联合作用下超高性能混凝土遮弹层设计

为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法,首先,开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验,获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据;然后,建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型,通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了有限元模型和分析方法的可靠性;最后,对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下,UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下,遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m,相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17;与普通混凝土遮弹层对比,3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%,临界贯穿和震塌厚度分别减小了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。

     

花岗岩块石浆砌结构抗弹丸斜侵彻/冲击性能实验研究

通过实弹射击试验,研究了花岗岩-钢筋混凝土复合靶板的抗侵彻/冲击性能.结果表明,该靶板具有较好的抗侵彻/冲击能力.与同等厚度的普通钢筋混凝土靶板相比,在射弹特性和撞击条件相同的情况下,该结构抗侵彻/冲击能力明显增强.对薄靶板而言,冲剪破坏为主要的破坏形式,增强抗剪能力,能够提高靶板抗侵彻/冲击能力.当弹体速度不高时,局部作用和结构整体响应之间一般有很强的耦合.该花岗岩-钢筋混凝土靶板局部既有一定的刚度,整体也具有一定的塑性,因此具有较好的抗弹体侵彻/冲击能力.这种结构施工简单,取材方便,造价相对低廉,具有一定的应用前景.     

球形颗粒遮弹层对高速侵彻弹体的作用机理

在钻地弹威慑之下,重要目标工事外覆盖遮弹层是常见加固和防护手段。硬质球形颗粒（以下简称颗粒）是常见的遮弹层组成结构。本文中将研究高速侵彻弹体与颗粒作用机理,分析遮弹效率的控制因素。首先,基于动态空腔膨胀理论,计及靶的自由面效应和颗粒强度差异,建立了靶对弹体侵彻阻力的表征模型。然后,采用弹靶分离计算方法,模拟并分析了斜侵彻含球形颗粒有限大高强混凝土时弹体的运动与变形,研究颗粒的强度、位置及尺寸对来袭弹侵彻行为的影响规律。结果表明,颗粒的遮弹作用主要取决于与其作用时弹体的姿态,其随颗粒位置变化无明显规律;颗粒强度越高,遮弹效果越好;颗粒半径从1倍到10倍弹径变化时,颗粒对弹体的作用机理从弹道偏转为主转变为弹道偏转与侵彻阻力增加两者耦合。因此,为达到良好的遮弹效果,单层球形颗粒密排遮弹层的颗粒半径建议在5倍弹体直径之上;若采用较小颗粒制作遮弹层,建议采用多层错排方式,且遮弹层厚度须在10倍弹径之上。

     

活性粉末混凝土基表面异形遮弹层的抗侵彻特性

为了探索新型抗钻地武器防护技术,提出了一种由偏航层和基本层构成的活性粉末混凝土(reactivepowderconcrete, RPC)基表面异形遮弹层。采用?57mm 半穿甲弹开展了初始速度320~705m/s的弹 道冲击试验,获得了弹体破坏特征、弹体偏转角、最大侵彻深度、靶体破坏形态等试验结果,并提出了弹体侵彻 深度简化计算公式。研究结果表明,由高强度、高韧性RPC材料构成的异形体可以显著削弱弹体侵彻威力。 撞击时弹体均发生了不同程度的弯曲变形和破裂,弹道明显偏转,随着撞击速度的增大,弹体偏转角先增大后 减小,当撞击速度为505m/s时,最大偏转角达到61.4。试验后的钢纤维RPC基本层没有出现大面积冲击 弹坑和震塌现象,裂缝浅而少,保持了较好的完整性。计算结果与试验数据吻合较好,验证了公式的合理性。     

Al2O3陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能和机理实验研究

用DOP(depthofpenetration)实验研究了质量分数为 90 %的Al2 O3 陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能。实验表明 :随陶瓷厚度的增加 ,以差分效益系数和靶平均阻力表征的陶瓷复合靶的抗长杆弹侵彻性能降低 ;盖板能增强陶瓷复合靶抗侵彻性能。对回收陶瓷和盖板的破坏特征分析表明 :长杆弹对陶瓷复合靶侵彻过程大致可分为初期侵彻和稳定侵彻两个阶段 ,但对薄靶和厚靶 ,两个阶段在整个侵彻过程中所占比重不同。     

刚玉碎石混凝土抗弹丸侵彻效应研究与分析

通过实弹射击试验,研究了刚玉碎石混凝土的抗侵彻性能,结果表明,刚玉碎石混凝土具有较好的抗侵彻能力。与相同强度等级的普通混凝土相比,弹丸在刚玉碎石混凝土中的侵彻深度减小了约10%。对试验数据进行了最小二乘拟合,得到了刚玉碎石混凝土的侵彻系数。     

SPH 算法在长杆弹侵彻多层间隔靶中的应用

基于Autodyn软件,应用SPH 算法对长杆弹高速侵彻多层间隔金属靶板的过程进行数值模拟,分析了弹体侵彻靶板后的剩余速度、剩余动能、以及形成的破片及其飞散情况,同时模拟初始速度及弹体质量对侵彻过程的影响。通过与实验结果的比较,表明数值模拟的结果是合理的,能够准确模拟长杆弹对多层间隔靶的高速侵彻过程,对预测弹体侵彻性能以及对长杆弹进行优化设计具有一定的指导价值。     

基于能量法的双钢板混凝土遮弹层设计计算方法研究

为了深入探讨双钢板混凝土结构抗强冲击时后附钢板的耗能方式变化,基于最小耗能原理和无量纲化分析,反推得到了不同材料和结构尺寸下后附钢板耗能状态。结合混凝土强度极限条件,建立了兼顾塑性变形和侵彻贯穿破坏形态的后附钢板综合耗能计算公式以及后附钢板最小临界厚度解析表达式。计算结果表明,薄钢板综合耗能可达仅考虑贯穿效应耗能的4~5倍。基于能量守恒原理,提出了双钢板混凝土遮弹层防贯穿设计六步法,给出了弹体临界贯穿速度和弹体余速计算公式。该计算公式与已有钢板混凝土结构侵彻试验结果吻合较好。     

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明：钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。     

可调控靶中应力波形的吉帕压力范围平面爆炸加载技术

分析了应力波通过不同介质的交界面时,应力波所具有的动量在界面两边的重新分配与影响动量在边界上转移的因素。讨论了靶中应力波幅度和宽度的调控方法、冲击器的飞行速度与厚度的相关性、靶中应力波的平面范围。给出了可调控靶中应力波形的平面低压化爆加载装置的应用实例。     

A3钢钝头弹撞击45钢板破坏模式的数值分析

不同速度范围内的A3钢钝头弹撞击45钢靶板分别表现为泰勒撞击、向日葵型花瓣帽形失效和靶板冲塞穿甲等3种不同的破坏模式,利用LS-DYNA对这种复杂的破坏机理和相应的影响因素进行了数值模拟研究。采用Johnson-Cook强度模型和累积损伤失效模型描述弹靶材料的力学性能,并考虑了塑性变形的绝热温升效应。数值模拟再现了不同破坏模式的失效过程,得到了与实验一致的结果。研究还指出,弹靶的冲塞穿甲实际是在高速撞击下,弹体发生花瓣帽形变形失效后继续穿甲靶板的后续结果。     

侵彻过载实测数据的滤波及弹体侵彻刚体过载的确定

研究了对实测侵彻过载数据进行低通滤波以确定侵彻刚体过载的方法,提出了临界截止频率的概念,确定了临界截止频率和相对应的刚体过载。由此方法确定的最大刚体过载值与半经验方法预示的最大刚体过载值符合较好。     

钢纤维超高强活性混凝土（RPC）遮弹板接触爆炸破坏作用

应用爆炸近区运动学关系式,考虑了径向裂缝阵面形成时的能量消耗,采用了不同的主应力函数,分析了爆炸近区的变形与破坏,提出了爆炸近区的动力学计算简图,研究了各区域发展的特点及变化关系,从而得到RPC混凝土接触爆炸压缩半径和破坏半径系数。将本文计算结果与实验结果和用经验公式得到的计算结果进行比较,验证了所提出的公式的实用性和可靠性。     

地下化学爆炸地运动信号关联探索

分析了弹性区域中应力传播的波动方程,说明该应力传播过程可以使用线性系统模型进行描述。根据系统辨识领域的脉冲响应方法,建立了应力测点的脉冲序列与源函数和响应序列之间的关系。在此基础上,建立了各测点间应力序列之间的关联响应模型,给出了采用神经网络的自适应优化方法求解关联参数的方法,并采用某次黄土介质中化学爆炸的实验数据进行了验证。将该模型用于测点数据的预测,预测值和实测值之间的误差很小。这表明,各测点间存在与测量数据无关的客观联系,仅由实验中爆炸源、测点位置和地介质力学参数分布等所决定。     

界面对应力波作用的动光弹试验研究

用动光弹法分析研究了在冲击载荷作用下界面上应力波的传播过程,利用应力波理论分析了界面上应力波的作用机理,证实了界面上存在着能量累积和阻滞能量传递的作用,并结合弹性波动理论和应力 光学定律导出了波动方程与条纹级数之间的关系式。     

含不同充填物预制裂隙对爆炸裂纹扩展的影响

为了研究充填裂隙岩石动态断裂时裂纹扩展规律,以空气、黏土和水作为有机玻璃的预制裂隙充填材料,在炮孔与预制裂隙的不同夹角、不同距离条件下,通过单发雷管加载,对3种不同裂隙充填物的有机玻璃模型进行了起爆实验。结果表明：爆炸裂纹几乎都不会越过预制裂隙;空气充填模型裂纹总数、左端翼裂纹几乎全部大于黏土和水充填模型;最长裂纹分布位置和长度与反射应力波传播方向和能量有关;空气充填模型右端翼裂纹多随角度增大而增长,黏土充填模型右端翼裂纹则表现为先增后减;爆炸裂纹扩展对充填物种类具有敏感性。     

用于爆炸流场与结构间相互作用分析的Euler-Lagrange耦合模拟技术

介绍了1种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序,把爆炸流场作用过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了爆炸流场对结构加载和结构动力响应及对爆炸流场反作用过程的模拟。利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序MMIC(multi-materialsincell)模拟爆炸流场发展过程,利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应。应用Euler-Lagrange耦合技术分析了爆炸作用下飞片的变形、破坏和对靶体的侵彻过程,计算结果表明,本文的方法可以较好地反映流场与结构各自的运动发展及相互间作用过程。     

爆炸成型弹丸药型罩研究

为了提高反装甲武器的功效,在装药条件、几何尺寸相同的条件下,分别对以钨铜粉末冶金、紫铜和铜铝复合金属三种不同材料为药型罩的爆炸成型弹丸进行了破甲实验,得出以铜铝复合金属材料作为药型罩、且罩顶开通孔的爆炸成型弹丸的破甲能力可比以紫铜为药形罩的弹丸提高22%,并且形成的破片形状规则。