卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析

以破爆型串联战斗部后级随进弹对预开孔靶侵彻过程为研究对象,基于锥形预开孔和库仑摩擦模型,发展完善了包括扩孔/开坑和稳定侵彻的卵形弹体侵彻预开孔靶理论模型。分别对该模型在侵彻脆性和弹塑性靶体的有效性进行了实验验证。利用该模型分析了弹头曲径比、预开孔直径、预开孔形状等对侵彻结果的影响。研究结果表明:发展完善的模型计算结果与实验数据吻合较好。柱形开孔情况下,侵彻速度、弹头曲径比及相对孔径同侵彻深度呈正比;在侵彻容积相同的条件下,弹体侵彻预开锥孔的侵深结果与锥角及相对入孔孔径变化关系较大。     

不同自燃模式对压力波动形成的影响

在内燃机中,HCCI(均值混合气压燃)爆震、汽油机常规爆震、汽油机超级爆震都是由未燃混合气自燃引起的化学能突然释放,从而产生振荡燃烧,但其压升率及压力振荡幅值却截然不同。为了阐明其中机理,根据上述的带震荡的燃烧压力波变化规律,提出以实验测得的放热率为基础的“能量注入法”,建立了3种自燃模式。通过对能量方程中的热源项进行分类改变,进而对3种自燃模式进行数值模拟、对其产生的压力波动进行比较分析。模拟结果表明,不同震荡特征的燃烧压力波源于不同的自燃模式,从而导致其宏观表现的压升率以及压力波振荡幅值有极大的差异。以放热率为基础的“能量注入法”能准确、快捷地探究内燃机燃烧室中压力波的形成与传播。     

混凝土抗折动强度及其极值研究

混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的,不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同,决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此,提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式,并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。     

带隔板装药爆轰波马赫反射理论研究和数值模拟

基于三波理论和Whitham方法对带隔板装药爆轰波相互作用后发生的正规反射和非正规反射进行了理论分析,给出了爆轰波发生马赫反射时临界入射角和马赫杆增长角等参数的变化规律,提出了马赫杆高度的计算模型。基于凝聚炸药爆轰Jones-Wilkins-Lee(JWL)模型和冲击起爆的Lee-Tarver模型,利用有限元计算软件对带隔板装药爆轰波的传播过程进行了数值模拟。结果表明,发生马赫反射后,随着爆轰波的传播,马赫杆的高度不断增加。数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,说明本文中采用的理论模型和数值模拟方法能够较准确地描述带隔板装药爆轰波马赫反射的传播过程。     

强脉冲电磁力驱动的冲击载荷

冲击载荷在材料科学与工程领域具有一定的应用。随着研究的深入, 对冲击速度、冲击能量提出了更高的需求, 是落锤所无法达到的。强脉冲磁场可由脉冲大电流产生, 通过合适的装置可产生强脉冲电磁力, 进而可转换为冲击载荷。通过数值模拟, 给出了强脉冲磁场、电磁力及冲头运动过程的数值模拟结果。采用高速摄像对该压缩冲击装置的运动过程进行记录, 通过对影像数据处理获得了冲击速度及冲击能量, 验证了模拟结果。     

基于MEMS压阻传感器的低功耗高过载测试系统设计

为了检验弹体在高冲击环境下的工作情况,提出了一种基于压阻传感器的高过载、低功耗的测试系统设计方案。该系统可承受2×105g的过载冲击测试,且具有采样率高、体积小、功耗低的特点。通过打靶实验验证:在过载测试过程中该系统具有承受高冲击的能力,并能精确地采集到信号微弱变化,保证了弹体在飞行中记录数据的准确性。     

弹体高速侵彻效率的实验和量纲分析

为了研究高速侵彻时弹体撞击速度、材料强度等对质量侵蚀特性和侵彻效率的影响规律,开展了不同材料强度和长径比的弹体高速侵彻半无限厚素混凝土靶实验,弹体撞击速度为880~1 900 m/s,弹头形状为尖卵型(半径口径比为3),口径为30 mm。由实验发现:弹体撞击速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布,最大侵彻效率时的弹体特征撞击速度约1 400 m/s;高速侵彻时弹体的质量侵蚀主要发生在卵形头部,弹身及尾部损伤极少;速度超过特征撞击速度时,弹体侵蚀严重,甚至弯曲变形或解体;弹体强度提高至约2倍时,质量侵蚀率降低约80%。基于实验,利用量纲分析原则建立了量纲一侵彻效率和量纲一弹体撞击速度的函数关系式,可估算出最大侵彻效率对应的弹体撞靶速度,为高速侵彻效应模拟实验提供理论指导。     

爆轰加载下银气溶胶源项实验研究

为研究钚气溶胶生成规律及源项分布,提出了一种密封环境下的金属气溶胶源项实验方法,利用爆炸容器及气溶胶采样器等实验设备,开展了钚替代材料银的气溶胶源项生成实验,分析了空气动力学直径小于10 μm的银气溶胶源项分布特性,并与外场扩散试验中钚气溶胶数据进行了对比。进一步采用不同炸药及加载装置,对相同银片样品进行加载实验,研究了加载峰值压力对银气溶胶源项分布的影响。研究结果表明,金属银可作为替代材料研究爆轰加载条件下钚气溶胶的源项参数,在一定实验条件下,二者归一化积累质量分布具有较高的一致性;爆轰加载产生的银气溶胶中,较小粒径气溶胶质量含量较高。气溶胶总量与加载峰值压力呈二次函数分布,当峰值压力超过某个临界值时,气溶胶总量将达到极值;此外,通过对同发次实验的3次不同采样数据进行分析,发现了较明显的气溶胶凝并和沉降现象。     

梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的动力响应

利用弹道冲击摆锤系统对分层梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载下的动力响应进行了实验研究,分析了梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的变形失效模式,并与传统非梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能做了对比。通过一维应力波理论,分析了应力波在梯度芯层中的传播规律。应力波透射系数在梯度试件中比非梯度芯层中小,而且相对密度递减的芯层组合有最小的应力波透射系数。综合考虑结构变形失效模式,后面板挠度,芯层压缩量以及应力波传播特点得到:分层梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能明显优于传统的非梯度夹芯板,在所研究的荷载范围内,芯层相对密度从大到小排列试件的抗爆性能相对较好。     

激波在不同三角楔面内传播特性的数值研究

激波在收缩管内的反射与聚焦会形成高温高压区,点燃可燃混合气并诱导爆轰,因此对爆轰发动机的点火具有重要意义。本文基于二维N-S方程,结合五阶WENO格式,对马赫数为6的正激波在三角形楔面内的反射与聚焦现象进行了数值研究。结果表明,楔面顶角的变化对激波的反射类型以及聚焦均有明显的影响:随着顶角的增加,激波的反射类型从马赫反射向过渡马赫反射和双马赫反射转变,且壁面上的前向射流更加明显;三波点第一次碰撞产生的高温高压区足够满足可燃混合气体的点火条件,且其温度与压力值随顶角的增加而增大;当激波在楔面上发生临界双马赫反射时,温度与压力达到最大;当顶角增加到一定值时,激波在楔面反射转变为常规反射,不会产生激波对碰,因而没有高温高压区。