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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

轻质夹芯复合材料结构强度评估方法研究

由于具有高强度、高模量、重量轻、耐腐蚀的优良特点,复合材料在船舶上的应用逐渐成为研究热点.目前可查阅的关于船体复合材料结构强度校核的文献很罕见以及各种规范对船体复合材料结构强度校核尚未给出明确的说明.与各向同性材料的强度评估方法相比,复合材料强度评估有很大的不同.本文基于试验结果,分别采用壳单元、实体-壳单元和实体单元模型对复合材料结构进行数值分析,确定用于轻质夹芯复合材料结构强度评估的合理有限元模型.基于渐进损伤分析理论,采用Tsai-Wu失效准则和突降退化模型,对轻质夹芯复合材料的极限强度进行评估.结果表明:计及结果精确性与计算成本,可用壳单元模型分析复合材料结构的应力-应变分布;渐进损伤分析方法结合材料退化模型不仅有效地对复合材料结构的极限强度进行预测,同时还能判断材料的失效模式.     

夹芯复合材料螺旋桨性能流固耦合数值研究

与传统层合复合材料结构相比,夹芯复合材料结构轻质、高强,结构可设计性强,可实现多材料和多功能的一体化集成。本文基于螺旋桨结构水动力边界条件,以INSEAN E779A螺旋桨为研究对象,采用双向流固耦合仿真方法研究夹芯结构螺旋桨的水动力性能和结构响应特性,并与金属材料螺旋桨、传统层合结构螺旋桨进行对比,分析不同夹芯构型与螺旋桨水动力性能的关联性。结果表明:在中高进速系数条件下,螺旋桨结构形式对推进效率的影响较大,夹芯复合材料螺旋桨在实现轻量化的同时,其推进效率要优于同工况下的层合复合材料螺旋桨与金属螺旋桨;在中低进速系数条件下,夹芯复合材料螺旋桨的水动力性能与夹芯构型有着重要联系,随着夹芯体积比的减小,整体质量变大但推进效率得到一定提升。     

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹.试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关.     

破片高速侵彻防护液舱剩余特性研究

为探讨破片高速侵彻液舱后的剩余特性,通过弹道试验,并结合有限元分析软件Ansys/Ls-Dyna,比较破片侵彻垂直和倾斜液舱后的瞬时余速和运动轨迹。试验结果表明:破片穿透液舱前板初期,会产生空泡和射流,空泡大小和射流强度与破片入水初速有关,而空泡形状和射流方向则受液舱的倾斜角度影响;破片穿透液舱前板后,在水中的运动轨迹会发生偏转,偏转方向与破片入水初速有关。     

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。     

超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗高速钝头弹侵彻的理论模型

结合超高分子量聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合厚板抗高速侵彻的特点,将整个侵彻过程分为开坑镦粗、剪切压缩和拉伸变形3个阶段。通过改进开坑镦粗阶段的计算方法和拉伸变形阶段的计算过程,基于能量守恒原理建立UFRP层合厚板抗高速钝头弹侵彻的弹体侵彻深度和靶板弹道极限的计算模型,并给出相应的计算流程图。通过采用该模型计算相关文献试验工况下的弹体侵彻深度和层合厚板弹道极限,发现计算值与文献试验结果均吻合较好。改进后的模型考虑了弹丸初速度对开坑镦粗阶段侵彻深度的影响,能够对高速钝头弹侵彻UFRP层合厚板的弹体侵彻深度和层合厚板的弹道极限进行合理的预测,并可降低试验成本。     

新型舱壁结构抗侵彻性能的数值仿真

对加筋舱壁结构、平板夹芯舱壁结构以及蜂窝夹芯舱壁结构在高速破片侵彻作用下的抗侵彻性能进行数值仿真研究。分别对3种舱壁结构在侵彻作用下的动态响应进行分析,得到3种舱壁结构抗侵彻过程中的变形能,以及破片穿透3种舱壁结构后的剩余动能。计算结果表明:高速破片穿透加筋舱壁结构以及平板夹芯舱壁结构后仍具有较强杀伤力,因而需要改良舱壁结构,以更有效地抵御高速破片的冲击。蜂窝夹芯舱壁结构的抗侵彻性能高于加筋舱壁结构及平板夹芯舱壁结构。     

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。     

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。     

含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动分析方法

[目的]为研究芯层含多种组分的含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动特性,探讨此夹芯结构的固有振动分析方法,[方法]首先,通过体积平均,将圆台形空腔近似视为圆柱形空腔来处理,采用多层次均匀化的思路,将含增强柱和空腔的复杂芯层等效为正交各向异性材料,并利用Mori-Tanaka方法进行2次单相夹杂处理,获取芯层的等效弹性模量。然后,基于一阶剪切变形理论建立运动学方程,进一步利用芯层等效弹性模量的计算值,采用双三角级数求解四边简支含空腔点阵增强夹芯结构的固有频率。最后,在此基础上,分别探讨芯材面板模量比、点阵增强柱体积比和空腔体积比对含空腔点阵增强夹芯结构固有频率的影响规律。[结果]与有限元计算结果的对比显示,固有频率的相对误差不超过3%,验证了该方法的正确性。[结论]所提方法可快速、准确地计算含空腔点阵增强夹芯结构的中、低频固有频率,且数理模型清晰,公式简单,易于对其规律进行研究。