彈體沖擊混凝土半無(wú)限靶的侵徹阻力與深度計(jì)算

針對(duì)彈體對(duì)混凝土材料侵徹深度問(wèn)題,通過(guò)量綱分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,建立了彈體侵徹深度h網(wǎng)絡(luò)輸出量與彈體長(zhǎng)度l_p、彈的長(zhǎng)徑比l_p/d、彈體形狀系數(shù)ψ、彈體與混凝土的比強(qiáng)度σ_(yt)/σ_(yp)、彈體與混凝土的密度比ρ_p/ρ_t等13個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入量之間的非線性映射關(guān)系。并采用rbf網(wǎng)絡(luò)模型,通過(guò)forrestal等文獻(xiàn)的試驗(yàn)樣本對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練,獲得了彈體對(duì)混凝土材料侵徹深度的網(wǎng)絡(luò)模型,輸出結(jié)果滿意。

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(duì)鉆地彈侵徹過(guò)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(duì)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。

應(yīng)用助推技術(shù)是提高鉆地彈侵徹能力的重要手段.該文應(yīng)用彈丸侵徹混凝土靶理論,對(duì)彈丸侵徹混凝土?xí)r所受阻力進(jìn)行分析,得到影響彈丸侵徹阻力的因素,并對(duì)助推鉆地彈的侵徹運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究.分析了不同助推條件下彈丸侵徹混凝土靶的效率,得出助推鉆地彈侵徹效率與撞擊速度、助推條件的關(guān)系.不同的彈丸撞擊速度應(yīng)采用不同的助推方式以提高鉆地彈的侵徹深度.

應(yīng)用ls-dyna有限元程序,采用ale方法在不改變侵徹體的材料、體積和質(zhì)量情況下,對(duì)不同長(zhǎng)徑比的侵徹體侵徹半無(wú)限厚靶板進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了侵徹過(guò)程中的主要物理圖像和變化曲線。模擬結(jié)果表明:長(zhǎng)徑比較大的彈體雖然具有較強(qiáng)的侵徹能力,但隨著侵徹體長(zhǎng)徑比的不斷增大,它對(duì)侵徹效果的影響逐漸減弱。

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(duì)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(duì)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(wú)攻角時(shí)豎直方向加速度變化規(guī)律,分析了攻角對(duì)侵徹深度的影響,比較了不同彈速條件下攻角對(duì)侵徹的影響程度。

通過(guò)改變頭部形狀,利用旋轉(zhuǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)末端加速旋轉(zhuǎn)來(lái)探索新型的旋轉(zhuǎn)助推鉆地彈。建立了旋轉(zhuǎn)助推鉆地彈作用混凝土試驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了作用過(guò)程中侵徹速度與彈丸轉(zhuǎn)速和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在助推鉆地彈上應(yīng)用原理上可行;在噴喉傾角不變的前提下,侵徹速度隨著火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力和旋轉(zhuǎn)速度增加而增加,且轉(zhuǎn)速的影響更大。研究結(jié)果可為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在鉆地彈上的應(yīng)用提供借鑒。

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(duì)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(chǎng)實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了相同條件下普通鉆地彈縮比彈對(duì)比侵徹實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相對(duì)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(guò)程中能有效生存。采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了縮比率對(duì)鉆地彈侵徹深度的影響,對(duì)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(guò)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(guò)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。

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長(zhǎng)桿彈對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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。...

采用三維數(shù)值計(jì)算程序模擬了全尺寸鉆地彈對(duì)半無(wú)限厚高強(qiáng)度混凝土靶板的垂直侵徹過(guò)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(duì)侵徹深度的影響,并分析了侵徹過(guò)程中戰(zhàn)斗部裝藥的過(guò)載變化規(guī)律,得出了具有一定應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。

系統(tǒng)質(zhì)量g水平振動(dòng)力 0 豎直振動(dòng)力（一般）豎直振動(dòng)力（特殊）垂直振動(dòng)參考系數(shù) 0#div/0! 螺釘數(shù)長(zhǎng)度方向螺釘數(shù)寬度方向螺釘數(shù) 重心高度長(zhǎng)度方向螺釘距寬度方向螺釘距 計(jì)算結(jié)果區(qū) 危險(xiǎn)角12一顆螺釘拉力（一般） #div/0!#div/0!#div/0!#div/0! 許用拉力許用切力允許值（一般） #div/0! 一顆螺釘拉力（特殊）螺釘剪切力 #div/0!#div/0! 允許值（特殊） #div/0!

425.92 352 ψn＝1.1 ψbr＝1.00 ψw＝1.10 ψt＝1.00 ψae＝1.10 aspt＝1.10 fy＝360 d＝16 fbd＝3.6 3540 直徑φ(mm)68或1068或10≥6≥6 間距s(mm) ≤201.01.0 251.11.051.051.01.01.0 321.251.151.151.11.11.05 c20c25c30c40≥c60 a級(jí)或b級(jí)2.32.73.43.64.0 2.32.73.64.04.5 2.32.74.04.55.0 注： 1.160.00 2.211.20 注： s1≥7d，s2≥3.5d 2.表中s1為植筋間距；s2為植筋邊距。 膠粘劑等 級(jí) 混凝土強(qiáng)度等級(jí) a級(jí) 對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)、構(gòu)件尚應(yīng)乘以

為了研究靶板側(cè)向運(yùn)動(dòng)對(duì)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(duì)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(wú)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(duì)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(guò)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。

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(guò)建立動(dòng)力學(xué)許可速度場(chǎng)得到介質(zhì)對(duì)彈體侵徹的靜阻力分量,通過(guò)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(guò)程中的速度、加速度、阻力和經(jīng)歷時(shí)間通過(guò)彈體的運(yùn)動(dòng)方程增量計(jì)算得到。通過(guò)與幾種常用經(jīng)驗(yàn)公式比較說(shuō)明了本文方法的實(shí)用和可靠性。

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(wèn)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(guò)穿甲彈侵徹靶板的模擬結(jié)果,分析靶板在穿甲過(guò)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)。

文中應(yīng)用縮尺模型技術(shù)(相似定律)研究鉆地彈侵徹混凝土的問(wèn)題,在理論上闡明了鉆地彈侵徹混凝土模型的相似比。以此作為選擇縮尺模型的問(wèn)題依據(jù),并用大型有限元分析軟件ls-dyna進(jìn)行數(shù)值模擬,證明了其合理性。

25.3 20 ψn＝1.265 ψbr＝1.15 ψw＝1.10 ψt＝1.00 ψae＝1.00 aspt＝1.00 fy＝360 d＝1 fbd＝3.6 3540 直徑φ(mm)68或1068或10≥6≥6 間距s(mm) ≤201.01.0 251.11.051.051.01.01.0 321.251.151.151.11.11.05 c20c25c30c40≥c60 a級(jí)或b級(jí)2.32.73.43.64.0 2.32.73.64.04.5 2.32.74.04.55.0 注： 1.100.00 2.100.00 注： s1≥7d，s2≥3.5d 2.表中s1為植筋間距；s2為植筋邊距。 膠粘劑等 級(jí) 混凝土強(qiáng)度等級(jí) a級(jí) 對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)、構(gòu)件尚應(yīng)乘以1

對(duì)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(chǎng)侵徹對(duì)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(duì)穿甲的侵徹性能有重要影響.超細(xì)晶納米粉末經(jīng)過(guò)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(guò)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.

鋼纖維混凝土遮彈層抗常規(guī)武器侵徹效應(yīng)問(wèn)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(cè)速靶系統(tǒng)對(duì)混凝土及鋼纖維混凝土進(jìn)行了彈道沖擊對(duì)比試驗(yàn),獲得了彈丸著靶速度及對(duì)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(guò)程。針對(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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。

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(duì)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(duì)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(guò)程中的主要物理圖像和數(shù)據(jù),進(jìn)而對(duì)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。

用ls-dyna軟件,確定了立方體破片與ly—12鋁合金靶板材料模型。對(duì)立方體破片在不同速度下高速侵徹多層ly—12鋁合金靶板進(jìn)行了有限元分析,得到了不同速度下破片侵徹多層靶板的速度曲線。并與破片在相同條件下侵徹等厚度的單層靶板進(jìn)行對(duì)比分析,所得結(jié)果表明多層等效靶與等厚度的單層等效靶在不同速度下具有一定的差異,并且在破片垂直入射時(shí)差異性更大,并對(duì)這種差異的原因做了分析。

為更深入研究鉆地彈對(duì)鋼纖維混凝土介質(zhì)的侵徹與貫穿問(wèn)題,根據(jù)鋼纖維混凝土在彈體侵徹過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了公式的可靠性.