破片侵彻双层横舱壁剩余速度预报研究

文中对破片侵彻单层体单元靶板过程进行数值模拟研究,根据动态响应结果统计出破片侵彻靶板后的直径和靶板冲塞块厚度,从而建立破片墩粗率和靶板冲塞比关于破片直径和靶板厚度的关系;其次,结合数值仿真计算结果,对破片侵彻单层靶板剩余速度半经验公式中的参数进行计算,提出了破片侵彻双层横舱壁结构剩余速度预报公式,对公式的可靠性进行了验证.     

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。     

无网格法研究进展及其应用

  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。     

不同形状破片对945钢靶的侵彻性能的影响规律分析

破片载荷是舰船防护结构设计中的重要输入参数,目前对不同形状破片的侵彻性能的分析缺乏量化的对比数据,直接影响着舰船防护结构设计中对破片载荷的选取。采用ANSYS/LS-DYNA软件对立方体形、圆柱形(长径比为1.5)和球形等3种形状破片侵彻945钢均质靶板的过程进行仿真计算,得到表征破片侵彻性能的弹道极限速度。结果表明：在相同质量下,圆柱形破片的侵彻性能最强,球形破片和立方体形破片次之。由于圆柱形破片的侵蚀比例明显小于球形破片和立方体形破片,与靶板的接触面积较小,侵彻能量更加集中,导致其侵彻性能较强。破片的侵彻性能越强,其消耗的穿靶动能越少,穿靶耗能随速度变化的影响越小。     

石墨烯增强铝基SiC复合材料抗侵彻机理试验与数值仿真

[目的]旨在研究新型轻质复合装甲板——石墨烯增强铝基SiC复合材料装甲靶板的抗侵彻失效机理。[方法]利用光镜与扫描电镜对石墨烯增强铝基SiC复合材料进行微观形貌观察;结合弹道枪试验,利用AUTODYN有限元软件建立1/2模型,破片质量为30 g,靶板厚度为43 mm,采用不同的本构模型描述材料,进行数值模拟仿真计算。[结果]结合弹道枪试验及仿真计算,得到石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻的过程为:破片侵彻靶板时,靶板表层铝合金受破片挤压形成环形卷曲破口,破片继续向后挤压过程中,靶板不断侵蚀破片头部;且破片不断向后冲击剩余靶板形成变形锥,破片速度足够大时,贯穿靶板形成花瓣型破口。[结论]结合微观形貌观察及弹道枪试验,仿真计算结果显示:Johnson-Cook,Cowper-Symonds及Johnson-Holmquist 3种本构模型中,Johnson-Holmquist本构模型更适合描述石墨烯增强铝基SiC复合材料的抗侵彻机理。     

石墨烯增强铜基复合材料的研究现状

  目的  旨在研究新型轻质复合装甲板——石墨烯增强铝基SiC复合材料装甲靶板的抗侵彻失效机理。  方法  利用光镜与扫描电镜对石墨烯增强铝基SiC复合材料进行微观形貌观察;结合弹道枪试验,利用AUTODYN有限元软件建立1/2模型,破片质量为30 g,靶板厚度为43 mm,采用不同的本构模型描述材料,进行数值模拟仿真计算。  结果  结合弹道枪试验及仿真计算,得到石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻的过程为：破片侵彻靶板时,靶板表层铝合金受破片挤压形成环形卷曲破口,破片继续向后挤压过程中,靶板不断侵蚀破片头部;且破片不断向后冲击剩余靶板形成变形锥,破片速度足够大时,贯穿靶板形成花瓣型破口。  结论  结合微观形貌观察及弹道枪试验,仿真计算结果显示：Johnson-Cook,Cowper-Symonds及Johnson-Holmquist 3种本构模型中,Johnson-Holmquist本构模型更适合描述石墨烯增强铝基SiC复合材料的抗侵彻机理。     

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理试验研究

为探讨EFP战斗部的防护方法,文章根据陶瓷材料和液舱结构的抗侵彻机理,提出在舰船防护液舱前增设抗弹陶瓷材料层抵御大质量弹丸的侵彻,设计了1/10缩尺的防护液舱结构模型,开展了3类陶瓷/液舱复合结构抗侵彻试验研究,分析了弹体、液舱前、后面板的破坏模式和侵彻过程以及复合结构的抗侵彻效能.结果表明:弹体主要发生墩粗-侵蚀破坏;液舱结构前面板的破坏分为剪切冲塞(花瓣开裂)、碟形变形、薄膜鼓胀和失稳凹陷四个阶段;后面板的破坏随板的厚度而变化:后板较厚时发生剪切冲塞,较薄时发生花瓣开裂;初始压力峰值远远大于空化载荷峰值,但空化载荷对结构的破坏起着主要作用.     

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.     

典型含水复合结构在聚能装药水下 爆炸作用下的毁伤

聚能装药水下爆炸对含水复合结构的毁伤主要为聚能侵彻体对钢+水+钢多层结构的侵彻贯穿以及水下爆炸冲击波的联合作用。文章通过水下爆炸实验和数值模拟,对典型含水复合结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤进行了研究。结果表明:在聚能装药水下爆炸作用下,复合结构水舱前板发生较大孔洞的严重撕裂,水舱后板产生穿孔,孔径约为聚能装药直径的1/3;相同爆心距离,装药侧向的冲击波压力受装药形式影响不明显;随着水层厚度的增加,侵彻体对后效靶的侵彻深度降低,后板的中心永久位移逐渐减少;侵彻路径上的弹前激波先于侵彻体作用于结构表面,结构穿孔破坏是冲击波与侵彻体的共同作用的结果。     

舰舰导弹战斗部现状与发展

  目的  舰船陆地靶标旨在为反舰导弹战斗部对舰船结构实际侵彻毁伤能力提供评判依据,目前以侵彻钢质均厚板的厚度标定反舰导弹侵彻能力。  方法  通过数值仿真,对反舰导弹侵彻典型舰船甲板板架结构的毁伤模式进行研究,得到板架毁伤模式和导弹运动规律与以往均厚板架差异较大。基于舰船板架实际破坏模式、弹道及导弹自身运动规律,同时考虑舰船材料和结构特征、动力学边界条件以及客观限制条件,提出多层舰船陆地靶标设计方案。  结果  通过对设计的陆地靶标进行数值预报,得到的靶标毁伤模式以及导弹运动规律与实际情况相近。  结论  研究表明,陆地靶标可反映导弹对水面舰船的实际打击能力以及实际毁伤效果。     

Ballistic performance of ultra-high molecular weight polyethylene laminates against fragment-simulating projectiles北大核心CSCD

[目的]旨在探究破片侵彻作用下高强聚乙烯(UHMWPE)纤维增强层合板的毁伤响应过程、失效模式转变和能量吸收特性。[方法]采用有限元软件ANSYS/AUTODYN,建立UHMWPE层合板抗破片侵彻数值模型,分析UHMWPE层合板的失效模式转变和能量吸收特性。[结果]破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程大致可以分为剪切冲塞阶段和拉伸变形阶段。破片入射速度和靶板厚度会直接影响靶板的能量吸收特性。靶板厚度越大,剪切冲塞模式占比越大。在靶板厚度不变的情况下,随着破片侵彻速度的提高,剪切冲塞模式占比越来越大,最终趋于稳定。在破片弹道极限速度以上初始小范围内,靶板吸能随破片入射速度增大有所减小,随后破片速度继续增加会扩大靶板剪切冲塞破坏范围,导致靶板整体吸能量增加。[结论]基于所建立的数值模型能够较好地模拟破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程,可以为UHMWPE材料在弹道防护领域的应用提供参考。     

电磁轨道炮超高速弹丸侵彻靶板仿真研究

针对电磁轨道炮超高速弹丸侵彻靶板问题,建立超高速弹丸与靶板模型,利用Abaqus软件,结合Mie-Grüneisen状态方程、Johnson-Cook本构方程和Johnson-Cook断裂准则,对钨合金弹丸以同样速度不同旋转速度侵彻靶板,对钨合金弹丸以不同速度侵彻同样靶板,对钨合金弹丸以同样速度侵彻不同材料靶板进行仿真研究。对各种条件下超高速弹丸侵彻靶板过程进行了剖析,得到4条仿真结论。     

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。     

基于典型舰船结构特征的陆地靶标设计方案

[目的]舰船陆地靶标旨在为反舰导弹战斗部对舰船结构实际侵彻毁伤能力提供评判依据,目前以侵彻钢质均厚板的厚度标定反舰导弹侵彻能力。[方法]通过数值仿真,对反舰导弹侵彻典型舰船甲板板架结构的毁伤模式进行研究,得到板架毁伤模式和导弹运动规律与以往均厚板架差异较大。基于舰船板架实际破坏模式、弹道及导弹自身运动规律,同时考虑舰船材料和结构特征、动力学边界条件以及客观限制条件,提出多层舰船陆地靶标设计方案。[结果]通过对设计的陆地靶标进行数值预报,得到的靶标毁伤模式以及导弹运动规律与实际情况相近。[结论]研究表明,陆地靶标可反映导弹对水面舰船的实际打击能力以及实际毁伤效果。     

高效聚能战斗部对圆柱壳靶板毁伤效应研究

对一种圆锥、球缺组合药型罩高效聚能战斗部展开研究。分析其作用机理,建立该战斗部侵彻圆柱壳靶板的力学物理模型,进行数值模拟计算。研究表明,该战斗部利用聚能射流能为后续EFP弹丸随进破坏提供运动空间,增强对目标的破坏效应。     

舰船用钢的抗弹道冲击性能研究进展

对我国舰船用钢抗弹道冲击性能的研究情况及主要成果进行了总结和评述.概括了舰船在战争中所面临的主要威胁,描述了我国舰船用钢的发展历程,论述了材料的动态本构模型的重要性,提出了获取手段和使用要求.回顾了重要的侵彻深度、弹道极限和剩余速度的经验公式,并指出了它们的局限性和使用方法.详细研究了靶板的破坏模式、特点及尖头弹和钝头弹在侵彻机理上的差异,并提出了建立模型的具体步骤.总结了试验研究的主要方向,指出了其重要意义;分析了各种研究方法间的相互联系.最终提出了在研究舰船用钢的抗侵彻性能和设计舰船装甲防护方案时的五步法.     

破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的数值分析

利用非线性瞬态动力学软件MSC/Dytran,对战斗部破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的过程进行数值模拟,分析在不同质量及初始速度下破片的剩余速度和舱壁结构的能量变化,总结了破片的剩余速度和舱壁结构的吸能随侵彻载荷参数变化的规律。最后在破片侵彻单层靶板剩余速度经验公式的基础上,运用等效厚度法对单层靶板剩余速度经验公式进行修正后,得到了破片侵彻双层舱壁结构的剩余速度公式,为双层舱壁结构工程化应用提供参考。     

舰用轻型复合装甲结构及其抗弹实验研究

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。     

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。     

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.