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。     

串联动能侵彻弹侵彻混凝土靶研究

 设计了一种串联型动能侵彻弹。对该侵彻弹在不同条件下侵彻半无限混凝土靶进行了数值模拟和系列尺寸实验研究，并对该侵彻弹对目标的毁伤机理进行了分析，计算结果与实验结果较为一致，为该结构侵彻弹侵彻硬目标的研究提供了依据。     

动能杆侵彻目标靶毁伤效果研究

针对动能杆侵彻目标靶的毁伤评估问题,从有限元角度出发,在数值模拟的基础上,提出了单根动能杆的毁伤指数计算模型;以不同杆体角(从-60°到90°以30°递增)和速度角(从0°到75°以15°递增)对靶板进行侵彻仿真,得到了多种情况下动能杆的毁伤指数和分布规律。一般情况下,毁伤指数随速度角的增加而增大,但当速度角为30°或60°时,速度角和杆体角一致时毁伤指数最大,并针对此种情况进行了分析。将动能杆垂直侵彻靶板的仿真结果与经验公式的计算结果进行了对比,二者相差4.06%,证实该仿真方法是可行的。     

PELE侵彻金属靶破碎效应的相似分析

为了研究横向效应增强型侵彻体（penetrator with enhanced lateral effects, PELE）侵彻金属靶板破碎效应的相似规律,选取PELE的壳体破碎长度和靶后破片散布半径作为衡量PELE破碎效应的两个物理参量,基于量纲理论对PELE破碎效应问题进行相似分析,应用AUTODYN软件开展了4组相似模型数值模拟,并进行了两组相似模型验证试验。研究结果表明：通过相似理论分析,确定了PELE破碎效应满足严格的几何相似律。在800～2 000 m/s撞击速度范围内,归一化处理的壳体破碎长度和靶后破片散布半径数值模拟结果及试验结果与几何尺寸无关,仅随撞击速度的提升呈线性增长,从而证明了PELE侵彻金属靶的破碎效应满足几何相似律。     

弹体侵彻混凝土靶板过程中磨蚀问题的计算

 对弹丸在混凝土材料中侵彻时表面磨蚀速度的经验公式进行了改进。假设侵彻过程中密度保持不变,据此编制了可以计算弹丸磨蚀后弹头形状、弹体质量损失以及侵彻深度的简单差分程序。将计算得到的磨蚀后的弹头形状、质量损失与卵形弹侵彻无围压强度为63 MPa的混凝土（石英骨料）实验结果进行比较,两者基本吻合。     

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。     

考虑自由表面效应的弹体斜侵彻混凝土弹道的研究北大核心CSCD

研究了弹体斜侵彻混凝土的弹道问题。基于弹靶分离方法,利用考虑自由表面效应的衰减函数构造得到半经验阻力函数,并将靶体对弹体的作用以该阻力函数代替。通过对弹体斜侵彻过程的数值仿真和试验,得出不同工况下,弹体偏转角、加速度随时间的变化情况以及侵彻深度与弹体速度和靶体倾斜角的关系。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻合较好,说明考虑自由表面效应的靶体响应力函数方法具有较高的可靠性。     

爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究

 利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸（EFP）毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明：随着EFP着角从0°增加到40°,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。     

弹丸对钢板的半侵彻作用特性研究

 随着现代高新技术的发展提出了对弹丸半侵彻（PEP）的研究,通过弹丸的半侵彻作用使其稳定嵌立于目标靶上,并由其外露部分形成障碍或感应目标伺机作用、或作为受力承载点等方式实现特殊用途。针对新结构弹头开展了弹靶半侵彻过程的数值模拟和靶材流动特性研究,采用量纲理论获得了弹丸半侵彻靶板的主要无量纲组合参量,获得了弹丸侵彻与反弹阶段靶板形变与弹靶系统能量分配特性,并对半侵彻作用机理进行了初步的探讨。最后通过炮射实验验证了实现稳定嵌立于靶板的可行性。     

高速长杆弹对混凝土靶侵彻规律的仿真分析

应用AUTODYN-2D有限差分程序,对着速在0.6~2 km/s范围之间,不同材料、不同质量和不同长径比的长杆弹侵彻混凝土靶进行了仿真计算。分析了着速对侵彻深度和混凝土靶穿孔直径的影响。结果表明:混凝土靶穿孔直径随着速的增加而增大,但侵彻深度存在拐点。进一步研究了长杆弹材料、质量和长径比对侵彻深度拐点效应的影响,长杆弹材料对侵彻深度拐点的影响较大,长杆弹的质量和长径比对拐点的影响较小。     

切割式双模战斗部毁伤元成型及侵彻钢靶特性研究

 基于60 mm弧锥结合罩爆炸成型弹丸（EFP）装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的切割式双模战斗部结构,其具有生成单个EFP或者多爆炸成型弹丸（MEFP）的功能;根据目标属性,可选择性地改变战斗部的毁伤元成型模式,实施最有效的打击。利用LS-DYNA程序,对两种模式毁伤元成型及侵彻45钢靶过程特性进行了数值模拟,模拟结果与地面静爆实验结果吻合较好。研究表明,该战斗部形成的单个EFP能贯穿25 mm厚45钢靶,可有效打击重装甲目标;经网栅切割后能形成5片具有一定质量和方向性、可贯穿6 mm厚45钢靶的EFP破片,显著提高了对轻装甲目标的毁伤概率。     

刚性弹对混凝土靶的正侵彻

刚性弹对混凝土靶的侵彻和穿甲已有广泛研究。大量的经验公式(如ACE，UKAEA，NFDRC等)可为弹体侵彻及防护设计提供直接和便利的参考。但是，经验公式的缺点，如量纲依赖性、弹头形状因子经验定义以及有限的适用范围等，限制了它们的应用。本文借助动态空腔膨胀理论和量纲分析，对刚性弹侵彻混凝土靶的动力学问题开展理论研究，给出侵彻动力学中的无量纲控制参数。     

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。     

复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

 利用碳纤维复合材料壳体和金属弹头组成的复合弹体,对混凝土靶进行了高速侵彻实验,弹体分别以336、447和517 m/s的速度对强度为30 MPa、厚度为200 mm的混凝土靶进行正侵彻和30°斜侵彻。实验结果表明：碳纤维复合材料壳体具有较高的强度,在高速侵彻靶体的过程中弹体结构能够保持完整,复合材料壳体没有纤维分层和断裂产生。相对于同样结构尺寸的金属弹体（将复合材料壳体替换为密度7.8 g/cm³的金属材料）,复合材料弹填充物的质量分数（18.5%）约为金属弹体的两倍,因此采用轻质高强复合材料替代高密度金属弹身,不仅可以提高弹体装填比、增加比毁伤威力,而且还具有较高的侵彻能力。     

不同形状DU合金破片侵彻性能研究北大核心CSCD

为研究不同形状贫铀(Depleted Uranium,DU)合金破片的侵彻性能,首先进行了终点弹道实验,得到了圆柱形DU破片侵彻20 mm厚Q235B钢靶的终点弹道相关参数.然后通过AUTODYN软件进行了相应终点弹道仿真模拟,结果表明,仿真与实验结果基本一致,验证了仿真结果的正确性.随后又在原仿真的基础上增加了圆柱形、立方形和球形破片以不同着靶姿态侵彻靶板的数值仿真.结果表明,在相同质量和相同初速的条件下,棱角着靶姿态的立方体、楞线着靶姿态的立方体和球形破片的侵彻能力依次减弱,圆柱形和平行着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差.若均以垂直姿态着靶,圆柱形破片侵彻能力要强于立方体,以棱角或楞线着靶姿态着靶的立方体具有更强的侵彻能力.     

弹丸对混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测

由于弹丸对混凝土靶体侵彻机理的未知性及混凝土力学性能的复杂性,因此可将弹丸侵彻混凝土过程看作是一个灰色过程。介绍了弹丸侵彻混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测模型GM(1,n)的建立方法和过程,通过GM(1,n)模型可以实现对弹丸侵彻混凝土介质侵彻深度的模拟与预测。通过算例计算表明,此模型对模拟和预测弹丸侵彻混凝土的侵彻深度可行,且计算量较小。     

杆式射流侵彻半无限靶的理论分析

 理论分析高速杆式射流侵彻半无限靶过程时,考虑速度梯度对聚能射流的影响,将射流进行分段计算,得到了射流拉伸后实际碰靶时的微元长度和直径变化。采用伯努利方程和静力学方法,通过对射流形状和速度分布作线性近似,理论分析了高速杆式射流侵彻半无限靶的过程,得到了靶体中的侵彻深度和侵彻孔径与射流长度、速度及直径之间的关系。将模拟结果与实验结果进行对比,结果表明理论分析结果与侵彻实验结果符合较好。     

动能杆对靶板毁伤效应的数值模拟

为了研究不同姿态的动能杆条对靶板的毁伤效应以及杆条姿态对靶板毁伤效应的影响，采用数值模拟的方式，对长径比L/D=10，速度V0=0．8-2km／s的动能杆条在大攻角、大着角范围内的穿甲问题进行了研究。杆条穿靶的示意图如图1(a）所示。图中杆条为20号钢，直径D=φ10，初始质量M0=61．7g，靶板材料为硬铝，厚度H=20mm。杆条速度方向如图所示，     

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。     

基于SPH方法的弹丸侵彻仿真分析

借助于SPH数值仿真算法,对弹丸侵彻钢板问题进行了专门研究。研究中采用SPH算法和有限元算法对比分析的方式,对两种不同速度条件下的侵彻问题做了仿真分析。分析完成后从物理现象和时程曲线角度对不同条件下的结果做了对比分析,发现:两种算法都能够用来分析侵彻问题,并且在对速度分析上的结果及其变化规律具有一致性;但是,SPH算法比有限元方法更能真实的反映侵彻过程中物料飞溅的物理现象,其中伴随冲击速度的增大,物料飞溅程度和薄板变形增大。