建立了彈丸侵徹混凝土目標(biāo)靶時(shí)彈體溫度變化計(jì)算模型,并結(jié)合某實(shí)驗(yàn)彈體結(jié)構(gòu),對鉆地彈侵徹過程彈體溫度的變化進(jìn)行了計(jì)算,分析了彈丸頭部形狀及著靶速度對彈內(nèi)裝藥安全性的影響,研究結(jié)果可為鉆地彈彈體設(shè)計(jì)及裝藥安全性的研究提供參考。

采用三維數(shù)值計(jì)算程序模擬了全尺寸鉆地彈對半無限厚高強(qiáng)度混凝土靶板的垂直侵徹過程。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,分析了彈-靶的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,研究了戰(zhàn)斗部著速對侵徹深度的影響,并分析了侵徹過程中戰(zhàn)斗部裝藥的過載變化規(guī)律,得出了具有一定應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。

設(shè)計(jì)了一種更為強(qiáng)力的鉆地彈-鎢鎮(zhèn)重鉆地彈,以提高鉆地彈對硬介質(zhì)目標(biāo)的侵徹能力。將特殊設(shè)計(jì)的鎢合金結(jié)構(gòu)作為鎮(zhèn)重體填加至鉆地彈的殼體內(nèi)部,以提高鉆地彈的整體密度,增大面質(zhì)量,從而提高了鉆地彈的侵徹能力。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)用靶、可分離彈托和尾翼,成功進(jìn)行鎢鎮(zhèn)重鉆地彈縮比彈侵徹混凝土靶的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和外場實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了相同條件下普通鉆地彈縮比彈對比侵徹實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相對于普通鉆地彈,鎢鎮(zhèn)重鉆地彈的侵徹能力有了較大幅度的提高;鎢鎮(zhèn)重鉆地彈的彈體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足侵徹需要,彈體在侵徹過程中能有效生存。采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了縮比率對鉆地彈侵徹深度的影響,對鉆地彈侵徹深度相似律進(jìn)行了修正。根據(jù)相似律的研究結(jié)果,鉆地彈的侵徹深度與縮比率成正比關(guān)系,但是,該結(jié)論忽略了侵徹過程中靶介質(zhì)動(dòng)態(tài)強(qiáng)度應(yīng)變率效應(yīng)的影響。進(jìn)行了大量的不同縮比率的實(shí)驗(yàn),并收集了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析認(rèn)為,鉆地彈的侵徹深度與縮比率呈1.15次方關(guān)系。該結(jié)論有助于通過縮比實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確的預(yù)估原型彈的侵徹能力。

為更深入研究鉆地彈對鋼纖維混凝土介質(zhì)的侵徹與貫穿問題,根據(jù)鋼纖維混凝土在彈體侵徹過程中的介質(zhì)狀態(tài)及能量的分配關(guān)系,提出了介質(zhì)抗侵徹的變形和破壞模型;通過表征破碎區(qū)與徑向裂縫區(qū)的能量傳輸關(guān)系,分析得出彈體直徑與強(qiáng)度特征參數(shù)的比例關(guān)系是揭示侵徹與貫穿問題的重要特征量,推導(dǎo)了具有寬廣比例尺度關(guān)系的錐形彈體侵徹公式,并應(yīng)用于鋼纖維混凝土介質(zhì).通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了公式的可靠性.

對常用的鎢合金穿甲彈和特制的超細(xì)晶鎢基穿甲彈進(jìn)行靶場侵徹對比試驗(yàn).試驗(yàn)表明,相同條件下,超細(xì)晶穿甲彈穿透率大于普通穿甲彈,驗(yàn)證了彈芯材料晶粒度的大小對穿甲的侵徹性能有重要影響.超細(xì)晶納米粉末經(jīng)過二次燒結(jié)制成的彈芯材料晶粒細(xì)小,均勻,減少和避免了侵徹過程中彈芯頭部出現(xiàn)的"蘑菇頭"現(xiàn)象,產(chǎn)生了絕熱剪切破壞,有"自銳"效應(yīng).超細(xì)晶鎢基穿甲彈的侵徹能力明顯高于鎢合金穿甲彈.

為深入研究穿地彈對鋼筋混凝土板的貫穿問題,著重分析了貫穿塊形成后鋼筋混凝土板中混凝土、箍筋、縱向鋼筋等要素的作用機(jī)理,以及各要素在不同時(shí)刻、不同階段的變形和受力情況,提出了鋼筋混凝土板的新型貫穿計(jì)算模型。根據(jù)此模型,可以確定彈體、貫穿塊在貫穿過程中所受到的阻抗力,從而得到彈體和貫穿塊的運(yùn)動(dòng)方程。結(jié)合貫穿系數(shù)的定義,可以求解出混凝土板的貫穿系數(shù)和鋼筋混凝土板的貫穿系數(shù)。通過計(jì)算結(jié)果分析,得出了混凝土板的貫穿系數(shù)隨彈體侵徹深度hq值的增大而減小,隨彈體直徑的增大而增大。并與國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)公式對比,驗(yàn)證了貫穿系數(shù)計(jì)算方法是建立在堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)上,具有寬廣的尺度效應(yīng)。

為弄清有攻角動(dòng)能彈垂直侵徹混凝土靶板的特性,利用非線性動(dòng)力分析軟件ls-dyna3d,對混凝土靶板與彈體分別選用hjc與johnson-cook材料模型,就垂直侵徹情況下攻角對侵徹的影響進(jìn)行了一系列數(shù)值模擬。詳細(xì)描述了有攻角動(dòng)能彈侵徹靶板的基本現(xiàn)象,指出了攻角不同時(shí)彈頭的四類侵徹路徑,給出了有、無攻角時(shí)豎直方向加速度變化規(guī)律,分析了攻角對侵徹深度的影響,比較了不同彈速條件下攻角對侵徹的影響程度。

鋼纖維混凝土遮彈層抗常規(guī)武器侵徹效應(yīng)問題,是防護(hù)工程界亟待解決的一個(gè)嶄新課題。為研究這種新型防護(hù)材料的抗侵徹性能,利用φ12.7mm彈道炮-測速靶系統(tǒng)對混凝土及鋼纖維混凝土進(jìn)行了彈道沖擊對比試驗(yàn),獲得了彈丸著靶速度及對應(yīng)的最大侵徹深度、彈坑直徑、靶體破壞形態(tài)等試驗(yàn)參數(shù),并利用高速攝影系統(tǒng)記錄了靶體的動(dòng)態(tài)破壞過程。針對現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式均不能反映鋼纖維混凝土材料高韌性影響的不足,引入鋼纖維混凝土材料韌度r,對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析,導(dǎo)出了侵徹深度工程計(jì)算公式。計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比表明,預(yù)估公式計(jì)算精度較高,公式中相關(guān)參數(shù)簡單易于確定,且能反映鋼纖維混凝土的高強(qiáng)高韌性特點(diǎn),在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的參考價(jià)值。

長桿彈對巖石靶的侵徹分析——采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論作為巖石材料的屈服準(zhǔn)則，建立了長桿彈垂直侵徹巖石靶體的柱形空腔膨脹模型，給出了卵形長桿彈侵徹靶體深度的理論計(jì)算公式，求出了彈體以4501400m／s的速度撞擊巖石靶體的侵徹深度，并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。...

彈體沖擊混凝土半無限靶的侵徹阻力與深度計(jì)算

將高速長桿彈對半無限混凝土靶的侵入過程分為開坑、侵蝕階段侵徹和剛體階段侵徹。侵蝕過程中計(jì)算長桿彈質(zhì)量的減少量,侵徹過程中計(jì)算侵徹深度的增加量,對侵徹增量進(jìn)行求和得到侵蝕狀態(tài)侵徹總深度。剛性階段侵徹混凝土?xí)r,運(yùn)用空腔膨脹理論計(jì)算侵徹深度。應(yīng)用分析模型對鎢桿侵徹半無限混凝土靶深度進(jìn)行了計(jì)算,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

為了從理論上確定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式線性狀態(tài)方程和考慮拉伸破壞與剪切飽和的mo-hr-coulomb屈服準(zhǔn)則描述混凝土材料,將半無限混凝土靶在高速?zèng)_擊下的響應(yīng)分為彈性區(qū)、開裂區(qū)、孔隙壓實(shí)區(qū)和密實(shí)區(qū),建立了混凝土材料的準(zhǔn)靜態(tài)空腔膨脹理論,確定了靶板阻力,運(yùn)用a-t模型進(jìn)行了長桿彈高速侵徹半無限混凝土靶的理論分析.算例結(jié)果表明,侵徹深度的理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性.

為了研究靶板側(cè)向運(yùn)動(dòng)對彈丸正侵徹效應(yīng)的影響,運(yùn)用ansys/ls-dyna模擬在不同攻角條件下彈丸對不同運(yùn)動(dòng)速度靶板的正侵徹效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明:無攻角條件下,當(dāng)靶板側(cè)向運(yùn)動(dòng)時(shí),彈丸的剩余速度小于侵徹靜止靶板時(shí)的剩余速度,有攻角時(shí)則相反;靶板運(yùn)動(dòng)速度對彈丸侵徹姿態(tài)影響比較明顯,且彈軸與初始位置的最大偏轉(zhuǎn)角隨彈靶x方向的速度之差的增加而增加。本研究揭示了侵徹運(yùn)動(dòng)靶過程中彈丸侵徹姿態(tài)、速度等的變化規(guī)律,可為打擊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的有關(guān)彈藥設(shè)計(jì)提供參考。

在非線性顯示動(dòng)力分析有限元程序ls-dyna中,采用lagrange算法,靶板材料選擇適合金屬侵徹問題的johnson-cook模型和gruneisen狀態(tài)方程,建立了穿甲彈侵徹2519a—t87鋁合金靶板的四分之一有限元模型。通過穿甲彈侵徹靶板的模擬結(jié)果,分析靶板在穿甲過程中的溫度和剪切應(yīng)力的分布及變化規(guī)律,為揭示鋁合金的絕熱剪切帶的形成機(jī)理提供依據(jù)。

為了研究鋼纖維混凝土抗侵徹性能,對帶裝甲鋼背板的高強(qiáng)度鋼纖維混凝土靶進(jìn)行12.7mm穿甲彈、長桿彈高速撞擊侵徹試驗(yàn)。根據(jù)背靶侵徹深度試驗(yàn)結(jié)果,采用防護(hù)系數(shù)評估復(fù)合靶的抗侵徹性能。采用細(xì)觀離散元模型latticediscreteparticlemodel、彈塑性模型和johnson-cook屈服準(zhǔn)則分別描述鋼纖維混凝土、彈體和裝甲鋼靶的材料力學(xué)響應(yīng),建立了混凝土侵徹問題的有限元-離散元耦合數(shù)值仿真模型。通過對比鋼纖維混凝土破壞形態(tài)和背靶侵徹深度,驗(yàn)證仿真模型對于鋼纖維混凝土侵徹問題的適用性。針對3種代表性侵徹工況,模擬分析復(fù)合靶間隙以及鋼纖維含量對于侵徹響應(yīng)的影響。仿真結(jié)果表明:相比含間隙的復(fù)合靶,無間隙的約束條件能夠明顯減小背靶侵徹深度;鋼纖維含量對于背靶侵徹深度幾乎沒有影響而對混凝土靶破壞形態(tài)有較大影響。進(jìn)一步仿真分析12.7mm穿甲彈貫穿鋼纖維混凝土靶板響應(yīng)影響因素,得到:圓柱靶直徑大于30倍彈徑時(shí),彈體貫穿出靶速度趨于收斂;隨著靶體厚度增小,剩余速度與撞擊速度趨近于線性關(guān)系。

為研究鋼纖維混凝土與普通混凝土抗彈丸侵徹性能的異同之處,利用別列贊公式對φ37mm彈丸侵徹兩種混凝土靶彈道試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合、分析。并基于ls-dyna3d有限元程序,引人holmquist-johnson-cook累積損傷材料模型以描述混凝土材料的非線性變形及斷裂特性,對彈丸侵徹兩種混凝土靶進(jìn)行了三維數(shù)值模擬計(jì)算,得到了侵徹過程中的主要物理圖像和數(shù)據(jù),進(jìn)而對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析討論。研究表明,與混凝土相比,鋼纖維混凝土抗侵徹能力的提高是由材料抗壓強(qiáng)度及抗沖擊韌性提高共同作用的結(jié)果。

采用剛塑性不可壓縮的介質(zhì)模型,用極限分析理論的上限方法,通過建立動(dòng)力學(xué)許可速度場得到介質(zhì)對彈體侵徹的靜阻力分量,通過破碎介質(zhì)動(dòng)量守恒條件得到彈體侵徹的動(dòng)阻力分量,在模型中還考慮了介質(zhì)的尺度關(guān)系和彈體的彈頭形狀兩種影響因素。侵徹過程中的速度、加速度、阻力和經(jīng)歷時(shí)間通過彈體的運(yùn)動(dòng)方程增量計(jì)算得到。通過與幾種常用經(jīng)驗(yàn)公式比較說明了本文方法的實(shí)用和可靠性。

運(yùn)用有限元分析軟件ansys/ls-dyna對鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為0,0.5%,1.0%,鋼管壁厚度為4,7.5mm的鋼管鋼纖維高強(qiáng)混凝土遮彈層進(jìn)行抗侵徹?cái)?shù)值模擬研究,引入jhc模型來描述鋼纖維高強(qiáng)混凝土在高速、高壓環(huán)境下的非線性變形和破壞情況。通過分析距離中心侵徹位置不同節(jié)點(diǎn)的位移變化曲線,研究了鋼管分隔作用對遮彈層抗侵徹的影響,并與現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,吻合較好。同時(shí),研究了鋼纖維體積分?jǐn)?shù)及鋼管壁厚度對遮彈層抗侵徹的影響,結(jié)果表明:鋼纖維的摻入減輕了彈體的破壞效應(yīng)、限制了侵徹深度;鋼管壁厚度的增加使其更好地發(fā)揮了自身的套箍及吸能作用,提高了遮彈層整體的抗侵徹能力。

本文針對子彈撞擊陶瓷/鋁合金復(fù)合靶板的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,建立了在沖擊載荷作用下薄板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。在給定的靶板條件下,該模型可以仿真在沖擊載荷作用下靶板的彈道極限速度,并且把該模型與其它的模型進(jìn)行了比較和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果具有較好的一致性。

檢表4 混凝土回彈強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 檢測編號(hào)儀器名稱及編號(hào)檢測依據(jù) 委托單位構(gòu)件名稱 環(huán)境條件 工程名稱(地點(diǎn)）檢測日期 測區(qū)12345678910111213141516 有效均值 n 碳化深度 l(mm) 推算強(qiáng)度 nr（mpa） p審核：復(fù)核：計(jì)算：檢測： 第頁共頁

復(fù)合裝甲的高速侵徹過程一直是軍事和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域所關(guān)注的問題。在大量破片侵徹試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用非線性有限元分析軟件ls-dyna對破片侵徹陶瓷/frp復(fù)合靶板的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了侵徹過程靶板的破壞形式,分析了侵徹過程中破片速度的變化,以及不同厚度陶瓷對剩余速度的影響,并通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,驗(yàn)證了數(shù)值模擬在分析破片剩余速度和靶板破壞形式等方面的有效性。

為了研究不同結(jié)構(gòu)的ti-6al-4v靶板的抗彈性能,通過非線性動(dòng)力學(xué)軟件autodyn對不同直徑的鋼球侵徹不同結(jié)構(gòu)的ti-6al-4v靶板進(jìn)行了數(shù)值仿真,驗(yàn)證了材料模型的可靠性,計(jì)算出了不同直徑鋼球?qū)Π霟o限靶版的極限穿透深度和間隔靶板在不同間隔下的彈道極限速度,為鈦合金在軍事上的應(yīng)用提供一定的參考。