轴向脉冲磁场增强金属射流侵彻穿深能力的因素

为掌握轴向脉冲磁场对金属射流的作用规律,基于破甲弹金属射流对目标的作用原理及磁场与金属射流之间的相互作用关系,设计了励磁线圈对破甲弹金属射流作用的试验系统,并开展了相关实弹试验,突破了金属射流形成和励磁线圈脉冲电流产生之间时序匹配的关键技术,得出了使金属射流发生有效变形的合理储能电容器组电参数和励磁线圈结构参数。试验结果表明,当电容器电压为5 kV、电容为1 200 μF、励磁线圈长度为50 mm时,破甲弹金属射流对目标靶板的侵彻穿深增量最大,破甲效果最佳;各因素对破甲弹金属射流侵彻穿深能力影响程度由大到小分别是电容器组充电电压、电容器组电容、线圈长度。研究成果为破甲弹威力电磁增强技术可行性论证、原理试验及励磁线圈结构设计提供了重要的理论和技术支撑。     

振荡频率对振荡脉冲射流水下穿透特性的影响

振荡脉冲射流大大增加了流场的紊乱程度，射流有效作用靶距和体积冲蚀速度都有显著的提高，提高了采矿效率。     

基于图像分析的金属颈缩过程实验测量方法

提出了一种基于简易图像分析的试件颈缩测量的方法,可以方便有效地定位试件颈缩部位并测量其直径的变化,同时可以测量试件的轴向应变,进而得到试件的名义应力应变曲线及真应力应变曲线．本方法为普通实验室中试件颈缩的测量提供了方便而有效的实现手段,因而可以有效促进材料力学等课程的教学．     

基于Z箍缩X射线源的热-力学效应实验

材料或结构对强脉冲X射线的响应如热激波的传播和喷射冲量等,统称为X射线热-力学效应,在抗辐射加固研究、天体物理、行星科学等领域具有重要应用。利用驱动电流近10 MA脉冲功率装置上的丝阵Z箍缩X射线源开展了初步的热-力学效应实验。采用20 mm直径的双层铝丝阵产生了约230 kJ的X射线总辐射能,其中铝的K壳层产额约为30 kJ,距离源中心5 cm处的样品上的X射线能注量为732 J/cm2。受辐照样品为厚度2 mm、直径10 mm的铝制圆盘,其背面设置有铝衬套,样品与衬套的总质量为585 mg。采用全光纤光子多普勒测速（PDV）系统来测量受辐照样品后表面的运动过程。PDV测量的样品后表面速度历程显示,当热激波到达后表面时的自由面速度为2.12 km/s,样品最终的整体运动速度为180 m/s。根据冲击波关系式以及动量守恒原理,推导出X射线在样品中产生的热激波应力为19.2 GPa,单位面积上的喷射冲量为1341 Pa·s,进而由喷射冲量和X射线能注量测量结果可以推出冲量耦合系数为1.83 Pa·s·cm2/J。同时,对实验测量结果的可靠性和不确定度进行了讨论和分析。这些实验结果初步验证了将PDV技术应用于热-力学效应研究的可行性。     

金属射流失稳断裂的理论分析

基于Hamilton原理,提出一个包含射流强度、剪切、应变率效应、动力学黏性、表面张力和速度梯度等多因素耦合的金属射流拉伸运动方程,具体分析了各种失稳因素,并由数值解定量给出其影响大小,以及最不稳定波长与初始应变率乘积\lambda_{m}\dot{\varepsilon}_{0} 值的变化范围;给出了射流断裂的时间判据和近似理论公式,计算得到的 t_{b}-\dot{\varepsilon}_{0}曲线与射流实验点、Chou\&Carleone拟合公式三者符合较好.      

等离子体激励器诱导射流的湍流特性研究

为了进一步掌握等离子体流动控制机理, 完善等离子体激励器数学模型, 提升等离子体激励器扰动能力, 采用粒子图像测速技术, 在静止空气下开展了介质阻挡放电等离子体激励器诱导射流特性研究. 实验时, 将非对称布局激励器布置在平板模型上, 随后将带有激励器的模型放置在有机玻璃箱内, 从而避免环境气流对测试结果的影响. 基于激励器诱导流场, 分析了激励电压对诱导射流特性的影响, 揭示了较高电压下诱导射流近壁区的拟序结构, 获得了卷起涡、二次涡等拟序结构的演化发展过程, 计算了卷起涡脱落频率, 阐述了卷起涡与启动涡的区别, 初步探索了卷起涡的耗散机制. 结果表明: (1)层流射流不能完全概括等离子体诱导射流特性, 激励电压是影响射流特性的重要参数. 当电压较低时, 诱导射流为层流射流; 当电压较高时, 诱导射流的雷诺数提高, 射流剪切层不稳定, 层流射流逐渐发展为湍流射流. (2)等离子体诱导湍流射流包含着卷起涡、二次涡等拟序结构; 在固定电压下, 这些涡结构存在恒定的卷起频率. (3)当激励电压较高时, 流动不稳定使得卷起涡发生了拉伸、变形, 引起了流场湍动能增大, 从而加速了卷起涡的耗散. 研究结果为全面认识激励器射流特性, 进一步挖掘激励器卷吸掺混能力, 提升激励器控制能力积累基础.      

柱形装药自由场水中爆炸气泡的射流特性

为研究柱形装药水中爆炸气泡射流特性,采用高速摄影方法在实验水箱中对PETN药柱进行水中爆炸实验,初步获得了有关柱形装药自由场水中爆炸气泡运动的数据资料.研究结果表明:柱形装药自由场水中爆炸形成气泡的运动与球形装药的存在差别,药柱放置方式的变化也会导致水中爆炸气泡产生性质迥异的运动.当药柱水平放置时,气泡表面的运动呈非对...     

饱含液体的单胞结构对射流的干扰特性分析

基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,考虑液体的喷散特性和径向汇聚特性,改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,得到了精确的射流受干扰速度区间的表达式、液体喷散速度的表达式和液体喷散流量的表达式。通过对比理论和试验得到的射流受干扰的速度区间,证明了本文理论模型的可靠性。研究结果表明：液体的喷散和径向汇聚都会影响射流的稳定性,使射流出现颈缩和提前断裂,降低射流的剩余头部速度从而降低射流的剩余侵彻能力。

     

逆向环形分布射流迴流特性的数值计算

数值计算表明,逆向多环形分布射流可造成颗粒能直接进入,并能进行强烈的动量、能量交換的理想的迴流区结构。多环形结构可在大范围內造成所需尺寸的迴流区。逆向射流和主流速度比、环直径、射流直径和孔数、环的结构形式及离燃烧室进口的距离是影响迴流特性的主要参数。     

金属材料延性对其薄膜-柔性基底结构延展性的影响

自由金属薄膜轴向拉伸时的极限伸长率一般约为1%～2%,而沉积在具有一定厚度和刚度的柔性基底上的金属薄膜伸长率可能大大增加,因此此类复合结构在柔性电子器件中有较好的应用前景。采用有限元法对不同延性的薄膜-基底结构拉伸变形至其颈缩断裂过程进行了模拟,研究材料延性对其薄膜-基底延展性的影响。将内聚力模型运用到金属薄膜的断裂研究中,通过改变内聚力模型参数来模拟具有不同延性的金属薄膜。计算结果表明,脆性膜-基结构的延展性与相应的自由金属薄膜相当,而当材料延性较好时,柔性基底能起到抑制颈缩的发展,从而使膜-基结构的整体延展性得到大幅度增加,说明薄膜材料本身的延性对薄膜-基底结构的延展性具有很大影响。     

自激振荡脉冲射流喷嘴装置系统频率特性理论研究

根据相似系统原理和流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流喷嘴装置的等效网络模型,利用系统传递函数推导了系统频率特性方程并进行了数值计算。结果表明:喷嘴装置的固有频率主要由喷嘴形状、结构参数、入口流速、射流中压力扰动波波速决定;自激振荡腔腔径、自激振荡腔腔长、上喷嘴直径、下喷嘴直径都对系统频率特性影响很大。提出了相应的自激振荡脉冲射流喷嘴设计准则,即喷嘴装置在最佳阻尼比下产生谐波共振。     

一种射流源和炸药射流感度的研究

为了研究各种炸药射流感度,采用多种途径研制了能量输出较稳定的射流源;并用三种方法对射流源能量输出稳定性进行了判定。利用自行研制的射流源对TNT、B炸药、JB-B等多种炸药进行了射流感度的评定试验,获得了多种炸药射流感度的顺序排列结果,并与文献值符合得很好;利用X光机获得了射流头部速度与隔板厚度的关系,并拟合了经验公式。     

Effect of initial heating of shaped charge liners on shaped charge pentetration

An increase in the penetration capability of a laboratory shaped charge under initial heating, i.e., heating of the liner material before initiation of the explosive charge, is revealed in experiments. The results obtained confirm the theoretical hypothesis on the possibility of increasing the ultimate elongation of elements of a plastically fractured high-gradient, shaped-charge jet by increasing the initial temperature of the jet-forming layer of the liner. Bauman Moscow State Technical University, Moscow 107005. Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 41, No. 5, pp. 27–31, September–October, 2000.     

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。     

基于双层药型罩成型装药的串联EFP

为了研究双层药型罩形成的串联EFP,设计了4种不同材料组合的双层药型罩,利用X光获得了串联EFP形成过程的照片,并开展了相应的数值模拟。发现具有合适结构和药型罩材料的双层药型罩可以形成串联聚能侵彻体,药型罩材料组合和起爆位置对串联聚能侵彻体的形成具有较大的影响。     

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理论计算结果的误差均小于5%,因此该方法对于模拟诸如聚能装药等多介质、大变形问题十分有效;初始相邻粒子数N 的最佳取值范围为600~1800,在该范围内计算结果的误差小于3%,且计算效率高。     

多孔药型罩聚能射流的稳定性

基于Herrmann改进的Grneisen状态方程,对多孔药型罩受冲击压缩产生的温升进行了估算,从理论上分析了孔隙度对射流断裂时间的影响。使用脉冲X光测试并结合侵彻实验研究了药型罩初始孔隙度为9.3%和11.4%时聚能射流的稳定性。研究结果表明,在一定孔隙度范围内,射流的稳定性随孔隙度的增加而增强。     

聚能射流三维数值模拟

研究三维多介质界面处理及数值模拟问题。采用拉格朗日法、欧拉法相结合的方法在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,并对线型装药金属罩聚能射流模型进行模拟。证明模糊界面描述和模糊输运计算有效、可行。     

纵向磁场对聚能射流极限拉伸系数的影响

在分析纵向磁场能够增强聚能射流稳定性的基础上,根据聚能射流的运动方程以及聚能射流的塑性失稳条件,推导得到了聚能射流在纵向磁场中的极限拉伸系数计算公式,并计算了有、无磁场情况下极限拉伸系数的比值。通过两种炸高下的实验研究对理论模型进行了验证。结果表明:由于磁场的存在而引起的电磁力抑制了聚能射流颈缩的发展,进而延长了射流成型的惯性拉伸阶段,最终使聚能射流在磁场中的极限拉伸系数在一定程度上得到了增加;理论和实验所得结果吻合较好。运用所建立模型可以较准确地反映磁场对聚能射流极限拉伸系数的影响。