中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验.分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能.结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂.泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高.面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响.同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能.     

中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验。分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能。结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂。泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高。面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响。同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能。     

夹芯强度对新型液舱防护效能的影响

舰船防护液舱在高速弹体作用下会发生大变形,防护难度较大。文章对新型防护液舱结构进行了分析,建立了含方格夹层板的液舱结构模型,通过与实验数据对比验证了数值计算方法的有效性,并对不同弹体速度、不同芯层强度下的夹层板防护效能进行了比较,并进行了机理分析。研究结果表明:(1)适当降低芯层强度能降低液舱前后板测点的压力载荷和比冲量,明显降低液舱前板的塑性变形;(2)芯层强度降低提高防护效能的主要机理是减小了液舱中的超空泡滞后流;(3)液舱新型防护夹层设计应考虑具体侵彻弹体载荷,适当降低芯层强度的同时应避免防护夹层前后壁发生贴合碰撞。研究结论为新一代航母防护液舱设计提供了参考。     

高速弹体侵彻液舱试验研究

为研究高速弹体侵彻液舱过程中的水锤效应和结构毁伤机理,本文开展了高速弹体侵彻液舱试验测试,得到了高速弹体入水产生的冲击波压力的传播和衰减规律,并采用高速相机记录了高速弹体侵彻液舱过程中空泡的演化过程.试验设计了不同厚度的液舱前后靶板,发现水锤效应使得液舱后板变形比前板更严重.此外,后靶板在侵彻过程中的变形会直接影响到反射冲击波压力的传播和衰减,较大的后靶板变形可显著缓解前靶板的变形情况.试验结果对舰船液舱结构的设计优化具有一定的参考价值.     

基于物质点法的弹体侵彻靶板破甲特性数值模拟

[目的]针对有限元法处理弹体侵彻船用钢板时因网格畸变而无法准确模拟破口破坏形态及其形成的动态过程的问题,[方法]采用基于物质点法(Material Point Method,MPM)构建弹体侵彻舰船板壳结构的数值仿真模型,模拟弹体在侵彻过程中的破甲特性。将在不同初速度下侵彻5和10 mm厚靶板后的破口及塑性变形模拟结果与实验结果进行对比,以验证所提方法的有效性。[结果]结果表明:物质点法的模拟结果与实验结果吻合较好;弹体侵彻靶板的破口以及塑性变形区基本保持不变,且破口略大于弹体直径;弹体对靶板的破坏属于冲塞形式的穿甲破坏;半球形弹体以低、中、高的速度侵彻舰船外壳的靶板破坏形式属于冲塞破坏模式,速度大小对靶板的破口影响不大,而对靶板破口处隆起的高度影响较大。[结论]所提数值方法可为研究导弹侵彻舰船板壳提供新的有效途径,计算结果可为舰船结构的防护设计提供参考依据。     

高速破片侵彻下防护液舱后板的载荷特性数值分析

利用LS_DYNA软件,对高速破片侵彻防护液舱过程中液舱后板的载荷特性进行仿真研究,分析液舱后板载荷的空间分布特性及破片的速度和厚度对液舱后板载荷的影响,得到了液舱后板任一点的压力峰值和比冲量的拟合计算公式。研究表明,液舱后板的载荷在板中心(即破片中心在液舱后板上的投影点)最大,随着到中心点的距离增加而呈指数衰减;增加破片的速度或厚度,将使液舱后板任一点的压力峰值和比冲量均增大。     

纤维增强复合材料夹芯结构抗高速破片侵彻数值模拟

为防御高速破片侵彻,设计以玻纤为面板、PVC泡沫与高强聚乙烯为芯层的复合结构,利用数值方法研究其抗侵彻性能,分析破片侵彻过程以及探讨破片速度、PVC泡沫和高强聚乙烯在芯层中的位置及其对复合结构抗弹性能的影响。结果表明:破片侵彻过程中,前置玻纤发生剪切破坏;PVC泡沫若在高强聚乙烯前发生剪切破坏,在高强聚乙烯后发生压缩破坏;高强聚乙烯发生剪切和拉伸破坏,后置玻纤发生拉伸破坏。结构吸能随破片速度增加而增加;PVC泡沫要置于高强聚乙烯纤维后才能够充分发挥PVC泡沫压缩吸能特性。     

高速弹体穿透铝合金靶板液舱速度衰减特性研究

为了研究液舱对高速弹体的防护机制，开展了高速弹体穿透液舱过程速度衰减特性的研究。在液舱弹道冲击试验的基础上，分析了液舱后靶板变形对弹体水中运动速度衰减效应的影响。以能量分析为基础，综合弹体穿甲运动方程和弹体在流场中运动速度衰减的规律，建立了简化分析模型，并推导了弹体侵彻液舱后的剩余速度公式。该模型综合考虑了前靶板背水、后靶板变形以及弹体墩粗对弹速衰减的影响。还针对试验中不同铝合金靶板厚度提出了两种弹体穿甲计算模型。计算结果表明：弹体撞击背水靶板时消耗更多能量；由于液舱后靶板的变形，弹体在水中运动的实际距离要大于初始液舱宽度，使得弹体的剩余速度进一步减小；弹体撞击中厚靶板会出现墩粗变形，从而增加了其在水中运动时的阻力。弹体剩余速度的理论模型与试验结果比较接近，文中给出了误差分析。     

钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性

为探究钢与玻璃钢的组合结构形式对舰船舱壁复合装甲结构抗穿甲性能的影响,采用均质钢板前置和后置玻璃钢来分别模拟舰船舱壁外设及内设复合装甲结构,结合高速弹道冲击实验,分析、比较2种结构形式组合靶板的穿甲破坏模式和抗弹吸能能力。在此基础上,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA开展高速立方体弹丸侵彻组合靶板的数值模拟计算,分析组合靶板的侵彻过程,并与实验结果进行比较。结果表明,数值计算结果与实验结果较为吻合;2种组合靶板中复合装甲板的破坏模式均主要为钢板的剪切冲塞破坏和玻璃钢的纤维剪切断裂,后置组合靶板中玻璃钢背层伴随有纤维的拉伸破坏;前置组合靶板的抗弹吸能能力要稍大于后置组合靶板。     

高速弹体侵彻下充液结构的破坏特性及防护技术研究进展

自二战以来水锤效应问题就引起了西方国家的重视,涉及面覆盖航天、兵器、船舶等多个领域。高速弹体侵彻充液结构时会产生水锤效应,其破坏机制是冲击波载荷和空腔膨胀引起的液体流作用于结构壁面,导致充液结构发生严重的损伤破坏。关于水锤效应的作用机理已开展了广泛的研究,对其引起的结构破坏特性的研究及相关的防护技术同样是国内外学者关注的热点。本文重点给出高速弹体侵彻下充液结构受到的载荷特性以及相应的变形破坏特性的研究进展,同时对现有的各种关于水锤效应衰减防护技术进行详细的阐述和讨论。最后指出高速弹体侵彻下产生的水锤效应研究仍存在的问题和未来研究方向。     

爆炸破片侵彻钢/陶瓷/铝复合板的数值计算研究

陶瓷复合装甲具有优良的抗弹性能,合理设置复合靶板各层厚度有利于提高其抗弹性能。文章采用非线性动力学程序AUTODYN,模拟了直径为8mm的圆柱形破片对钢/陶瓷/铝复合靶板的侵彻过程,分析侵彻过程中靶板的破坏机理。通过一系列模拟,分析钢面板厚度、陶瓷层厚度以及铝背板厚度对复合靶板抗侵彻性能的影响,研究表明在面密度一定时,减小面板厚度,增加陶瓷和铝背板厚度对复合靶板的抗弹性能有明显提高。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。[结果]结果表明:当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。[结论]在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。     

穿甲弹侵彻靶板数值模拟研究

基于Johnson-cook材料屈服模型描述材料本构关系,引入材料失效参数与单元删除技术,运用ABAQUS建立穿甲弹侵彻目标靶板的三维数值模型,研究探讨穿甲弹对靶板结构的毁伤机理及弹体碰撞冲击作用下靶板结构的损伤模式和动响应特性。分析结果表明：单元失效删除技术适用于处理侵彻冲击等大变形问题,穿甲弹侵彻靶板是典型的冲塞破坏,数值模拟的弹体剩余速度与参考文献结果吻合较好,充分验证了文中所建立的数值模型在预测侵彻过程中的动力响应及损伤的合理准确性。该研究方法与结论可为进一步研究物体碰撞时的侵彻和材料失效问题提供依据,也为穿甲弹结构优化设计及舰船结构装甲防护设计提供参考。     

破片模拟弹侵彻陶瓷/船用钢复合靶板的理论分析模型研究

简要回顾了陶瓷/金属复合靶板的研究现状.根据船用钢的吸能特点和船用陶瓷轻型复合装甲的特殊性,将10 g破片模拟弹侵彻陶瓷/船用钢的过程分为两个阶段,分别计算了破片模拟弹的侵蚀变形能和船用钢背板的隆起-碟型变形吸能,并将后者分为径向弯曲变形能、径向膜托伸变形能及周向弯曲变形能等,给出了各种能量的计算公式,建立了计算弹道极...     

不同含水量液舱在弹体撞击下的动态响应特性

为了明确液舱在平头弹体侵彻下的变形毁伤特点,利用100%含水量液舱的高速侵彻实验,结合数值仿真方法,分析了平头弹作用下液舱含水量对舱壁动态响应的影响规律。结果表明：在相同含水量条件下,弹体初速度越高,弹体在水中的速度衰减越快,耗散的动能越多;同时弹体速度的衰减也随液舱含水量的增加而增大。弹体动能的耗散使得舱内形成空泡,且空泡尺寸随弹体速度的增加而增大。液舱壁由于空泡的作用产生了外凸变形,且其变形量随弹体速度及含水量的增加而增大;当液舱部分含水时,舱壁出现非对称变形,液面下的舱壁的最大变形量与满舱时近似相等。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

攻角对半穿甲战斗部侵彻航母双层靶板的效应研究

采用数值仿真方法,建立半穿甲战斗部对航母双层板侵彻效应的数值仿真计算模型,并计算战斗部以6种不同攻角侵彻目标的动态响应过程.结果表明,攻角对战斗部侵彻航母双层靶的能力有显著影响.随着初始攻角增加,战斗部的靶后余速下降,当初始攻角为20°和25°时,战斗部未能穿透航母的吊舱甲板.战斗部撞击吊舱甲板的攻角相对于初始攻角均有所增加,严重影响了战斗部对吊舱甲板的侵彻能力.战斗部对目标的侵彻破坏模式均属于延性扩孔和冲塞破坏模式.战斗部侵彻航母双层靶的过载较大且高过载持续时间长.当攻角大于10°时,战斗部在侵彻第1层靶板时,横向过载比较明显,导致战斗部结构出现不同程度的弯曲变形,这些因素给战斗部的结构完整性、装药稳定性和引信可靠性带来严峻挑战.该研究可用于指导半穿甲战斗部设计及其毁伤效应研究.     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹分析模型研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲结构设计,在弹道冲击响应特性试验研究与分析的基础上,针对薄金属背板支撑的陶瓷复合装甲,以金属背板发生碟型变形-剪切-花瓣型失效为分析对象,建立了陶瓷/金属复合装甲侵彻过程的近似解析模型。模型考虑了弹体的侵蚀失效及陶瓷碎片脱离弹头表面,向侧向和反冲击方向的运动,得到了陶瓷/金属复合装甲中金属背板的动态冲击响应及失效,陶瓷/金属复合装甲的弹道极限速度计算公式和弹体的剩余速度计算方法,模型分析结果与试验结果吻合良好。     

船舶撞击荷载下桩基-重力式复合结构连接节点响应分析

桩基-重力式复合结构的连接节点处受力集中、应力大,且两种材料之间的连接,是该结构最关键和薄弱的部位。利用ABAQUS软件建立桩基-重力式靠船墩模型,分析连接节点在船舶撞击荷载下的响应,并研究不同因素的影响。结果表明,在船舶靠泊撞击荷载下,桩基-重力式复合结构前排连接节点的位移和受拉损伤系数峰值略大于后两排,最大主应力峰值出现在前排桩与沉箱连接节点前侧。桩的埋入深度应不小于1倍桩径,当埋入深度超过1倍桩径后,增大埋入深度对改善连接节点受力特性效果不明显;增大桩径尺寸是改善连接节点的受力特性最有效的措施,提高沉箱高度是改善连接节点的受力特性较为经济合理的措施。同时,可设置构造措施提高连接节点的承载力。     

典型舱室结构内爆毁伤效应

为研究内爆载荷下的典型舱室结构毁伤效应,针对大型舰船的典型舱室结构,结合冲击波载荷的经验计算公式,采用一种简化算法对爆炸舱室板架整体损伤情况进行计算,并使用数值仿真方法进行验证。分析常规反舰导弹作用下的典型舱室结构毁伤模式。根据相关大尺度模型内爆试验结果,研究爆炸舱室板架失效模式,并用试验结果对简化算法再次验证。结果表明,该简化算法具备一定的可靠性和准确性。