高速破片侵彻下高分子聚乙烯层合板的弹道极限估算方法

为了得到弹道冲击下高分子聚乙烯（UHMWPE）层合板的弹道极限估算方法,提出四阶段吸能模型,分析3.3 g立方体破片高速侵彻不同厚度UHMWPE层合板的吸能过程,并在此基础上提出UHMWPE层合板在高速侵彻作用下弹道极限的估算方法,分析不同板厚UHMWPE层合板在弹道极限下不同吸能方式吸收能量的比例。结果表明：在弹道极限情况下,复合材料层合板的主要吸能方式为剪切破坏吸能、压缩破坏吸能、层合板的结构运动吸能和纤维拉伸变形吸能,且剪切破坏吸能、压缩破坏吸能和结构运动吸能在总吸能中的比例是随板厚的增加而增大,纤维拉伸变形吸能的比例则是随板厚的增加而减小;在高速侵彻作用下,UHMWPE弹道极限的估算方法与试验结果吻合良好。     

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.     

高强聚乙烯层合板抗侵彻性能

以世界上较为通用的破片模拟弹作为高强聚乙烯层合板的防御对象,利用高速摄影技术得到了破片的具体侵彻过程,并通过弹道试验,得到了弹道极限和剩余速度的试验值。试验后的靶板变形模式和吸能机理表明:高强聚乙烯层合板在弹道极限附近的防护效率最高。根据试验结果拟合得到了不同面密度下的靶板弹道极限和剩余速度的经验公式,并比较了经验公式和经典公式计算值与试验结果,前者与试验结果吻合较好。     

冲击波和破片对超高分子量聚乙烯板联合作用的仿真模拟

为研究超高分子量聚乙烯板在爆炸冲击波和破片侵彻联合载荷作用下的破坏及响应,采用LS-DYNA数值仿真的方法来模拟爆炸产生的冲击波及破片群作用到靶板上的过程,通过改变爆炸距离、载荷形式和靶板厚度等因素,得到在不同条件下靶板变形破坏的结果.其模拟的结果表明:相比于冲击波或破片群的单一载荷作用,联合载荷作用对靶板的破坏能力更强;在联合作用下,随着爆距的增加,靶板的整体弯曲变形和破坏程度减小,靶板的破坏模式由开始的集团冲塞破口转为穿孔破口和撕裂破口共同存在,直至只存在穿孔破口;在联合作用下,随着靶板厚度的增加,破片群穿透靶板的剩余速度逐渐减小,速度衰减率增大,靶板抵御破片侵彻的能力提高,但仅改变靶板厚度对整体变形及破坏模式的影响并不明显.     

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。     

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。     

球形破片侵彻金属靶板的数值模拟研究

利用三维非线性有限元软件LS-DYNA对球形破片在不同速度以及不同入射角度下侵彻金属薄板的过程进行模拟,得出破片的极限穿透速度、剩余速度、剩余质量以及靶板的破坏模式等结果信息,总结出侵彻性能与破片初速度以及入射斜角的关系,以期能够为工程设计以及军事应用提供依据。     

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。     

杆式破片不同攻角垂直侵彻硬铝靶板数值模拟

采用LS-DYNA显示分析,研究了杆式破片在不同攻角垂直侵彻硬铝靶板的响应,得出了不同着靶角度下破片侵彻能力,分析了临界速度、剩余速度、破口直径以及靶板塑性区域等参数,并总结了这些参数的变化规律。     

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。     

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。     

陶瓷/钢复合装甲抗高速破片侵彻性能数值模拟

针对反舰武器爆炸产生的破片,舰船舷侧可以设置陶瓷/钢复合装甲进行防护。本文利用数值方法分析陶瓷/钢复合装甲抗高速破片侵彻性能,在验证数值方法的基础上,探究破片形状、破片初始速度、陶瓷与钢板不同厚度组合对陶瓷/钢复合装甲抗侵彻性能影响,分析破片侵彻陶瓷/钢复合装甲过程。结果表明,陶瓷/钢复合装甲抗FSP弹侵彻性能最差,在设计陶瓷/钢复合装甲时,可选FSP破片作为设计载荷;抗锥形弹侵彻性能最好,抗锥形弹的最优陶瓷/钢复合结构比钢板的弹道极限速度提高了224 m/s;随着侵彻速度增加,破片的剩余质量近似呈线性减小,弹靶之间的作用力峰值不断增加,作用力峰值出现时间不断提前,弹靶作用时间降低。     

战斗部破片侵彻舰船横舱壁结构的数值分析

半穿甲型反舰导弹主要通过破片侵彻能力和爆炸冲击波能量对目标构成毁伤作用。通过对爆炸破片特性和舰船横舱壁结构破坏模式的分析,采用合适的材料模型和有限元仿真技术,对战斗部破片侵彻舰船横舱壁结构的过程和毁伤效应进行动态描述,分析横舱壁在高速破片侵彻下的破坏机理。考虑破片的可变形性,给出破片侵彻的能量变化和舱壁结构的吸能特性,获得侵彻速度与横舱壁结构吸能的关系曲线,并比较舱壁板和骨材的吸能情况随侵彻速度变化的规律,为侵彻载荷工况下现代舰船横舱壁的防护设计提供参考。     

基于高速摄影的水下爆炸破片侵彻特性试验

为研究水下爆炸产生高速破片的侵彻特性,采用高速摄影技术对2种典型破片的侵彻过程进行了弹道试验。试验结果表明:冲击和空泡阶段破片侵彻深度随时间迅速增加,拖曳阶段增速逐渐放缓;而在这2个阶段速度衰减很快,到后期低速阶段速度衰减放缓,且其侵彻特性与质量密切相关。冲击和空泡阶段的实际侵彻深度为40~60 cm,这一深度仅相当于破片最终静止时侵深的40%左右,而这一过程却耗散了破片95%以上的初始动能。拖曳阶段破片虽然能在液舱中行进较远的距离,但液舱吸收的破片动能较少。     

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。     

高速破片入水镦粗变形及侵彻特性有限元分析

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中侵彻的阻力特性,采用有限元对典型高速破片入水侵彻过程进行了模拟,计算了破片侵彻的阻力系数,分析了破片墩粗变形规律及其对侵彻阻力的影响,提出了考虑墩粗变形影响的高速破片侵彻阻力及速度计算公式,指出了高速破片的侵彻能力随速度的变化规律。结果表明,初速度大于969～1 187 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,入水侵彻深度随初始弹速的增大而增大,当破片速度达到某一临界值以后,侵彻深度将随初始入射速度的增大而逐渐减小。     

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。     

高速破片侵彻防护液舱试验研究

为研究水下接触爆炸产生的高速破片在水中的侵彻特性,针对3.3 g立方体破片进行了水下弹道试验,结果表明:破片的侵彻阻力系数受形状的影响较大,撞击隔板时产生压缩波使破片产生墩粗和侵蚀,造成破片迎流面积的增加和质量的下降,从而使破片在速度较高时侵彻深度反而下降。     

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。     

Q235钢板对高速弹的抗侵彻特性研究

为探究钢板在典型防御目标弹丸侵彻下的抗弹性能及破坏模式,开展系列弹道实验,并结合有限元分析软件Ansys/LS-DYNA,探讨弹体初速、入射角度及靶板厚度对靶板抗弹性能的影响,对比分析不同条件下的破坏模式。结果表明,在改变单一因素的条件下,弹体初速越大、入射角越大、钢板厚度越大,钢板吸能越高,抗侵彻能力越强。