高速钢球对水介质侵彻时瞬时空腔形成的数值模拟

采用二维有限差分非线性动力数值计算程序（Ａｕｔｏｄｙｎ－２Ｄ）对高速钢球侵彻水介质时瞬时空腔的形成及其发展过程进行了数值模拟，获得了钢球侵彻水介质过程中速度衰减的规律、水介质中速度场和压力场的分布等数值模拟结果。数值模拟的结果与实验结果及现象相符。数值模拟结果及其相关分析为从理论上深入分析研究高速投射物对生物的致伤机理提供了重要的依据。     

卵形杆弹对铝靶的斜侵彻

在Lagrange有限元基础上,扼要介绍了一种适用于三维斜侵彻数值模拟计算的滑移面处理技术。该方法放弃了传统滑移计算中从单元的设置,而代之以预设从节点,从而避免三维斜侵彻数值计算中主从单元的相交、滑移面的识别、修正与再定义的困难。在确保计算精度的同时,有效地提高了计算效率。卵形杆弹对铝靶侵彻的系列数值模拟计算表明,无论对于正撞击或斜撞击,本文中所获结果与实验结果都有良好的一致性,这说明本文中所述方法和所建程序的合理性和有效性,为侵彻贯穿过程的数值分析提供了一种实用和有效的手段。     

高速侵彻弹体层合木靶脱壳

利用实验和数值模拟方法研究一种利用层合松木靶作为脱壳装置的机械式脱壳方法。首先讨论了一种正交各向异性材料模型用于高速侵彻木材的可行性及其参数变化规律,结合美军的高速侵彻实验数据对数值模拟方案进行了验证与确认。在此基础上,讨论了不同弹靶作用下含弹托弹体对松木靶的侵彻/贯穿规律。数值模拟与实验研究结果表明:在垂直入射条件下,通过合理的层合木靶设计可对次口径发射弹体有效脱壳,高速侵彻弹体可垂直入射靶板,弹体速度衰减可控;在初始攻角入射条件下,层合靶将使高速侵彻弹体攻角放大。随入射速度增加,弹体贯穿层合木靶消耗动能增加,体现了木材具有明显的应变率增强效应。     

刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型

为描述刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体姿态变化,针对已有贯穿模型存在的问题,在斜侵彻贯穿过程中考虑了弹体转动惯量对姿态偏转的影响,根据弹体贯穿靶板后的成孔特性重新假设了背靶面崩落块形状,并在弹体贯穿出靶的剪切冲塞阶段引入了弹体姿态二次偏转机制,从而建立了刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型,同时给出了混凝土薄靶、中厚靶和厚靶的分类方法。多种侵彻状态的理论模型计算结果均与实验测量结果吻合较好,表明本文理论模型可有效预估弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体出靶姿态。     

夹钢球钢纤维混凝土的抗侵彻试验研究

夹钢球钢纤维砼是一种新型的遮弹防护材料。抗侵彻模拟试验表明,与常规的钢筋砼比较,夹钢球钢纤维砼抗侵彻能力有了很大的提高     

夹钢球钢纤维混凝土的抗侵彻试验研究

夹钢球钢纤维砼是一种新型的遮弹防护材料。抗侵彻模拟试验表明，与常规的钢筋砼比较，夹钢球钢纤维砼抗侵彻能力有了很大的提高。     

靶板厚度对卵形弹丸垂直贯穿中等厚度混凝土靶的影响

为研究卵形弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿规律,开展直径60 mm尖卵形弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的侵彻实验,获得了不同撞击速度的弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的剩余速度规律。结合无网格SPH方法、RHT混凝土本构以及状态方程,对贯穿实验进行数值模拟,对不同工况下的弹丸过载规律以及靶体的损伤过程的分析发现:弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿过程分为开坑阶段、隧道稳定侵彻阶段以及靶背影响出靶阶段,在相同初始撞击速度下的靶背影响区的厚度随着靶体厚度的增加而增大。实验结果与数值模拟结果对比,表明模型能够有效模拟弹丸贯穿混凝介质问题,研究结果可为贯穿机理的研究提供参考。     

一种杆式多爆炸成型侵彻体战斗部

为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。结合数值模拟方法,对侵彻体的成型过程及飞散效果进行模拟,分析了外衬对侵彻体成型质量的影响,并设计出侵彻体结构密实的杆式MEFP战斗部。制备了有外衬和无外衬两种战斗部原理样机并进行静爆实验。实验结果表明,无外衬战斗部成型侵彻体对3 m处40 mm厚45钢板平均穿深为27 mm,有外衬战斗部成型侵彻体可贯穿3 m处40 mm厚45钢板;侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果一致。通过设计外衬结构,战斗部成型侵彻体的成型质量和侵彻威力都大幅度提高。     

装甲钢/UHPC复合靶体抗侵彻性能试验与数值模拟研究

装甲钢/超高性能混凝土（UHPC）复合防护结构在重点工程中抵抗弹体的高速侵彻作用具有广泛的应用前景。为评估该复合结构的抗侵彻性能,对两种复合靶体开展侵彻试验与数值模拟研究。首先,开展了12发30 mm口径30CrMnSiNi2A弹体372~646 m/s速度侵彻复合靶试验。随后通过一系列静动态力学性能试验标定装甲钢材料的本构模型参数,并建立三维有限元模型对上述试验开展数值模拟分析。通过对比试验和数值模拟得到的弹体侵彻深度、残余弹体长度和装甲钢板的失效模式,验证了装甲钢本构模型参数的可靠性。进一步基于弹道效益系数对复合靶抗侵彻性能进行了定量评估。最后,确定了不同装甲钢板厚度复合靶体的临界贯穿速度,并对弹体侵彻复合靶的弹、靶失效模式进行了讨论。     

长杆高速侵彻问题研究进展

由高密度金属制成的长杆弹在1.5～3.0 km/s的高速下具有很强的侵彻和贯穿能力,长杆高速侵彻问题现已成为穿甲侵彻领域的研究热点.本文综述了长杆高速侵彻问题的最新研究进展,首先介绍了长杆高速侵彻的基本概念、研究方法和理论模型;其次重点论述了研究中关注的突出问题与应用,包括弹靶材料性质、长杆弹头部形状、长径比效应与分段杆设计、陶瓷靶抵抗长杆侵彻与界面击溃和非理想长杆侵彻;最后对未来的研究工作提出一些建议.     

An engineering analysis of penetration of metal ball into fibre-reinforced composite targets

An engineering analysis of computing the penetration problem of a steel ball penetrating into fibre-reinforced composite targets is presented. Assume the metal ball is a rigid body, and the composite target is a transversely isotropic elasto-plastic material. In the analysis, a spherical cavity dilatation model is incorporated in the cylindrical cavity penetration method. Simulation results based on the modified model are in good agreement with the results for 3-D Kevlar woven （3DKW） composite anti-penetration experiments. Effects of the target material parameters and impact parameters on the penetration problem are also studied.     

橡胶基复合靶抗贯穿特性的近似分析方法

采用体积含量加权的方法确定了复合靶等效状态方程参数,采用纤维含量平方外推的方法确定了复合靶的等效强度。然后利用球腔膨胀和柱腔贯穿相结合的方法提出了一种分析计算钢球贯穿橡胶基复合靶的近似分析模型。计算方法简明、高效,而且对剩余速度和临界穿透速度等的计算结果与已有实验有良好的符合。     

等离子喷涂纳米和常规喂料WC-Co涂层在干摩擦和水环境中的摩擦磨损性能研究

采用大气等离子喷涂法分别以纳米和常规喂料制备出2种WC—Co涂层,在SRV摩擦磨损试验机上考察了2种涂层在干摩擦和水环境中的摩擦磨损性能．结果表明：在干摩擦和水环境中,纳米WC—Co涂层的摩擦系数和磨损率均小于常规WC—Co涂层;纳米和常规WC—Co涂层的磨损机制差异不大,在干摩擦下其磨损机制主要以粘着磨损、剥落和磨粒磨损为主;在水环境中,WC—Co涂层与Si3N4配副时的摩擦系数和磨损量较与不锈钢球配副时高,2种摩擦副的磨损机理有所不同,前者主要以剥落和疲劳磨损为主,后者主要以粘着磨损为主,伴有轻微的磨粒磨损．     

Self-oscillatory regimes of cavitation interaction between counter-streaming fluid flows

The effects of unsteady cavitation interaction between a coaxial system of a continuous water jet and a surrounding annular gas jet and a counter-streaming water flow in a cylindrical tube is investigated both experimentally and numerically. The distinctive features of the mechanism of the formation of regular self-oscillatory interaction regimes and their salient features are studied. The dependence of the mean self-oscillation frequency on the ratio of the counter-streaming water flows is determined at different gas jet flow rates. The Froude number effect on the self-oscillation frequency is analyzed. The dependence of the maximum value of the longitudinal displacement of the nose of a developed oscillating cavity penetrating into the counter stream and of the displacement amplitude on the flow rate of the supplied gas is determined. The idea on the pressure distribution in the cavity in different stages of flow development is obtained. The nature of the dependence of the self-oscillation frequency on the degree of tube flow blockage by the cavity is established.     

Analysis of cavitation problem of heated elastic composite ball

The cavitation problem of a composite ball under a uniform temperature is investigated, and the ball is composed of two elastic solid materials. The nonlinear mathematical model of the problem is established with the finite logarithmic strain measure for a large geometric deformation and by the Hooke law for elastic materials. The analytic solutions in a parametric form are derived for the thermal dilatation of the composite ball with a large elastic deformation. Solution curves are given to describe the variations of the critical temperature in the cavitation with the geometric and material parameters. The bifurcation curve is also given to reveal the cavity growth after void nucleation. The numerical results for a computational example indicate that the radius of the cavity will rapidly grow above the critical temperature, and the loop stress will become infinite when void nucleation. This means that the materials near the cavity will produce a plastic deformation leading to local failure and fracture if the material of the internal ball is elastoplastic. In addition, the cavitation of the composite ball appears at a low temperature if the elastic property of the material of the internal ball is nearly uncompressible.     

球形金属表面球磨制备石墨烯薄膜摩擦特性研究

采用球磨的方法实现了在钢球表面制备大面积连续的石墨烯薄膜,考察其随球磨时间变化,石墨烯薄膜在钢球表面的包裹程度、形貌变化、结构演变过程、结合性能及摩擦学性能. 研究表明:随着球磨时间的增加,石墨烯在钢球表面团聚减少,包裹更加均一,结构趋于有序;当球磨时间达到50 h时,在钢球表面形成分布均匀且大面积连续的石墨烯薄膜,使与含氢类金刚石碳薄膜组成配伍的平均摩擦系数从裸钢球的0.043降至0.022,磨痕深度和宽度都显著降低. 经胶带粘取100次或乙醇中超声清洗30 min后球磨制备石墨烯薄膜仍然粘附于钢球表面,在氩气环境下石墨烯薄膜表现出优于钢球的摩擦磨损性能.      

力锤敲击作用下内嵌自主移动钢球欧拉梁碰撞减振性能研究

结合内嵌自主移动质量子系统梁／板实验平台实验结果,对力锤敲击作用下,内嵌自主移动钢球欧拉梁碰撞减振系统进行研究。采用线性弹簧-阻尼模型模拟钢球与梁之间的碰撞机制,通过分析建立了整个碰撞系统的分段线性动力学方程;运用无量纲化、假设模态法及高阶模态截断等方法导出系统的状态空间方程。数值计算结果表明,内嵌自主移动钢球对欧拉梁...     

Ti_3SiC_2-Al_2O_3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了Ti3SiC2和Ti3SiC2-Al2O3复合材料,考察了其与GCr15钢球配副在无润滑条件、去离子水和乙醇介质中的摩擦磨损性能.研究结果表明:在无润滑条件和去离子水中,2种摩擦副的摩擦学性能较差;在乙醇中,2种摩擦副均表现出优异的摩擦学性能;从无润滑条件到去离子水和乙醇介质中,2种摩擦副的磨损机理受从钢球到盘的单向转移以及摩擦氧化控制.与单一Ti3SiC2材料相比,Ti3SiC2-Al2O3复合材料具有更好的摩擦学性能.     

大气环境下YBa_2Cu_3O_7薄膜的摩擦行为和表面形貌

利用球 -盘摩擦试验装置考察了大气环境下 YBa2 Cu3O7薄膜和多晶硅薄膜同蓝宝石球及钢球对摩时的摩擦行为 ,并用原子力显微镜对其表面形貌进行了分析 .结果表明 :表面相对较粗糙的 YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的摩擦系数低于多晶硅薄膜 /蓝宝石球的摩擦系数 ;而 2种薄膜与钢球对摩时的摩擦系数相当 ;YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的启动摩擦非常稳定 ,而多晶硅薄膜的启动摩擦很不稳定 ;与钢球对摩时两者的启动摩擦则都比较稳定 .对 YBa2 Cu3O7薄膜的磨损表面形貌分析研究表明 ,其表面突出物结合疏松 ,容易从基体表面磨损脱落 .