子彈垂直侵徹陶瓷／鋁合金靶板理論分析模型

該文將彈丸侵徹陶瓷-超高分子量聚乙烯(uhmwpe)復(fù)合材料靶板的過程分解為彈丸與陶瓷錐的相互作用和陶瓷錐與復(fù)合材料背板的相互作用,并建立了相應(yīng)的分析模型。假設(shè)塑性流動區(qū)的應(yīng)力滿足aleksevskii-tate公式,通過動量定理得到了彈丸、陶瓷錐的運動方程。假設(shè)背板變形后的錐角不變,根據(jù)能量守恒建立了背板的運動方程。研究結(jié)果表明,由該模型可得到彈丸的侵蝕長度、陶瓷錐對背板的侵徹深度、背板的鼓包半徑和鼓包高度,7.62普通彈撞擊防彈衣插板的實驗值與模型預(yù)測值的相對誤差小于25%。

基于球形空穴膨脹理論(sce),采用abaqus有限元商業(yè)軟件并結(jié)合其子程序的二次開發(fā)功能對鋼彈侵徹金屬靶進行3d有限元數(shù)值模擬。根據(jù)空穴膨脹理論,靶體對侵徹彈體的影響可以用一個作用在彈體表面的力函數(shù)代替,這樣在進行數(shù)值模擬時就無須劃分靶體網(wǎng)格,也避免了復(fù)雜的接觸問題,從而使模擬大大簡化。模擬所用卵形彈為var4340鋼彈,靶體為6061-t6511鋁合金。模擬過程中考慮到彈體的可變形性和入射時的微小偏航角等實際情況,并且考慮到了彈身在運動過程中和靶體的接觸分離效應(yīng)。所得模擬結(jié)果與文獻中的實驗結(jié)果進行了比較,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合得很好,并得到了一些有意義的推論。

為弄清有攻角動能彈垂直侵徹混凝土靶板的特性,利用非線性動力分析軟件ls-dyna3d,對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侵徹的影響進行了一系列數(shù)值模擬。詳細描述了有攻角動能彈侵徹靶板的基本現(xiàn)象,指出了攻角不同時彈頭的四類侵徹路徑,給出了有、無攻角時豎直方向加速度變化規(guī)律,分析了攻角對侵徹深度的影響,比較了不同彈速條件下攻角對侵徹的影響程度。

復(fù)合裝甲的高速侵徹過程一直是軍事和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域所關(guān)注的問題。在大量破片侵徹試驗的基礎(chǔ)上,利用非線性有限元分析軟件ls-dyna對破片侵徹陶瓷/frp復(fù)合靶板的過程進行了數(shù)值模擬,研究了侵徹過程靶板的破壞形式,分析了侵徹過程中破片速度的變化,以及不同厚度陶瓷對剩余速度的影響,并通過與試驗數(shù)據(jù)的比較,驗證了數(shù)值模擬在分析破片剩余速度和靶板破壞形式等方面的有效性。

運用非線性動力學(xué)有限元軟件ansys/ls-dyna建立了對聚能裝藥射流侵徹陶瓷橡膠復(fù)合靶板的3d有限元模型。分析了在不同傾角下,不同厚度橡膠夾層構(gòu)成的陶瓷橡膠復(fù)合靶板對射流能量吸收的影響。結(jié)合質(zhì)量防護系數(shù)、空間防護系數(shù)和差分防護系數(shù)對復(fù)合靶板的防護效能進行了分析。結(jié)果表明:傾角的變化對陶瓷橡膠復(fù)合靶板抗射流侵徹性能影響較大,而橡膠夾層厚度的變化對復(fù)合靶板抗射流侵徹性能影響較小。隨著傾角的增加,復(fù)合靶板的防護性能增加,在60°～68°范圍內(nèi),復(fù)合靶板的防護性能基本不變。

彈道極限是終點效應(yīng)學(xué)的重要研究方面。針對鎢球侵徹鋁合金板的情況,參照相關(guān)試驗方法,并結(jié)合有限元法,提出了一種確定彈道極限的方法;利用結(jié)果數(shù)據(jù),擬合了不同彈靶條件下彈道極限的經(jīng)驗公式。采用文中方法所得彈道極限,與實驗結(jié)果相比差別較小,證明了該方法的合理性。

采用12.7mm穿燃彈,進行陶瓷/鋁合金復(fù)合靶板在不同傾角下的侵徹試驗,研究靶板傾角對抗彈性能的影響。結(jié)果表明:隨著傾角的增大,靶板的局部防護系數(shù)單調(diào)增加,表明防護能力在增加;陶瓷面板與背板粘合后靶板的局部防護系數(shù)顯著高于面板與背板未粘合的情況。

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行對比分析,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差異性更大,并對這種差異的原因做了分析。

采用光滑粒子流體動力學(xué)(sph)方法對鎢合金長桿彈侵徹玻璃靶板作了數(shù)值模擬,給出了侵徹過程的物理圖像。分析了玻璃層板間距對計算結(jié)果的影響。比較了玻璃的本構(gòu)模型對數(shù)值結(jié)果的影響。通過對比實驗數(shù)據(jù),jh-2模型的計算結(jié)果明顯大于實驗結(jié)果,而mohr-coulomb蓋帽模型得到的侵徹深度與實驗更加吻合。進一步研究了侵徹深度對彈丸速度的依賴性,給出了鎢合金長桿彈侵徹玻璃靶板的侵徹深度經(jīng)驗表達式。

將高速長桿彈對半無限混凝土靶的侵入過程分為開坑、侵蝕階段侵徹和剛體階段侵徹。侵蝕過程中計算長桿彈質(zhì)量的減少量,侵徹過程中計算侵徹深度的增加量,對侵徹增量進行求和得到侵蝕狀態(tài)侵徹總深度。剛性階段侵徹混凝土?xí)r,運用空腔膨脹理論計算侵徹深度。應(yīng)用分析模型對鎢桿侵徹半無限混凝土靶深度進行了計算,與實驗結(jié)果吻合較好。

長桿彈對巖石靶的侵徹分析——采用統(tǒng)一強度理論作為巖石材料的屈服準則，建立了長桿彈垂直侵徹巖石靶體的柱形空腔膨脹模型，給出了卵形長桿彈侵徹靶體深度的理論計算公式，求出了彈體以4501400m／s的速度撞擊巖石靶體的侵徹深度，并和試驗結(jié)果進行了比較。...

直徑φ3800mm、厚度12mm的大型鋁合金半球形封頭,由瓣片和頂圓拼焊而成。采用雙面垂直氬弧焊,i形坡口,雙人施焊,不預(yù)熱,可以一次焊接成形。焊縫表面和內(nèi)在質(zhì)量符合設(shè)計要求,是一種新型高效焊接方法

大型半球形鋁合金封頭雙面垂直氬弧焊——直徑3800mm、厚度12mm的大型鋁合金半球形封頭，由瓣片和頂圓拼焊而成。采用雙面垂直氬弧焊，i形坡口，雙人施焊，不預(yù)熱，可以一次焊接成形。焊縫表面和內(nèi)在質(zhì)量符合設(shè)計要求，是一種新型高效焊接方法。

采用53式7.62mm彈道槍、7.62mm穿燃彈入射鋁合金多層板,彈速為824m/s。利用光學(xué)顯微鏡觀察靶板侵徹后的彈坑微觀組織。結(jié)果表明,距貫穿初始位置約4.3mm開始出現(xiàn)絕熱剪切帶,距貫穿初始位置約3mm開始出現(xiàn)裂紋。裂紋均存在于面板中。在彈丸沖擊下,出現(xiàn)于面板彈坑微觀組織中的絕熱剪切帶與裂紋相比,是一種更有效的能量耗散方式。背板貫穿處邊緣未見裂紋和絕熱剪切帶。中間填料層對裂紋擴展有明顯的抑制作用。

為了研究靶板側(cè)向運動對彈丸正侵徹效應(yīng)的影響,運用ansys/ls-dyna模擬在不同攻角條件下彈丸對不同運動速度靶板的正侵徹效應(yīng)。計算結(jié)果表明:無攻角條件下,當靶板側(cè)向運動時,彈丸的剩余速度小于侵徹靜止靶板時的剩余速度,有攻角時則相反;靶板運動速度對彈丸侵徹姿態(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動靶過程中彈丸侵徹姿態(tài)、速度等的變化規(guī)律,可為打擊運動目標的有關(guān)彈藥設(shè)計提供參考。

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,對彈丸侵徹混凝土?xí)r所受阻力進行分析,得到影響彈丸侵徹阻力的因素,并對助推鉆地彈的侵徹運動過程進行研究.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.

陶瓷復(fù)合裝甲具有優(yōu)良的抗彈性能,合理設(shè)置復(fù)合靶板各層厚度有利于提高其抗彈性能。文章采用非線性動力學(xué)程序autodyn,模擬了直徑為8mm的圓柱形破片對鋼/陶瓷/鋁復(fù)合靶板的侵徹過程,分析侵徹過程中靶板的破壞機理。通過一系列模擬,分析鋼面板厚度、陶瓷層厚度以及鋁背板厚度對復(fù)合靶板抗侵徹性能的影響,研究表明在面密度一定時,減小面板厚度,增加陶瓷和鋁背板厚度對復(fù)合靶板的抗彈性能有明顯提高。

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題依據(jù),并用大型有限元分析軟件ls-dyna進行數(shù)值模擬,證明了其合理性。

研究了液壓橡皮囊成形工藝(簡稱橡皮成形)數(shù)值模型建立的方法?；趯ο鹌さ牟煌幚矸椒?提出橡皮成形工藝的三種有限元模型,并應(yīng)用到直彎邊成形的分析中。討論了橡皮對板料變形流動的影響,認為橡皮墊在成形過程中能起到減小回彈的作用。利用不同彎曲半徑的直彎邊回彈實驗數(shù)據(jù),比較了幾種簡化方式在回彈預(yù)測上的準確性,發(fā)現(xiàn)采用殼單元描述橡皮墊的模型的回彈預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果相比,誤差較小,同時計算效率高。

利用ansys/ls-dyna3d三維動力學(xué)有限元軟件,對8g鎢合金塊狀破片斜侵徹硬質(zhì)鋁板的過程進行了數(shù)值模擬及實彈侵徹實驗,獲得了在不同著靶角度下的極限穿透速度v50,結(jié)果表明:實驗和仿真結(jié)果基本吻合,隨著著靶角度的增大,v50也不斷的增大。驗證了數(shù)值模擬方法的有效性,同時,為殺傷破片最佳初速度的確定提供了一定的參考依據(jù)。

為了研究不同結(jié)構(gòu)的ti-6al-4v靶板的抗彈性能,通過非線性動力學(xué)軟件autodyn對不同直徑的鋼球侵徹不同結(jié)構(gòu)的ti-6al-4v靶板進行了數(shù)值仿真,驗證了材料模型的可靠性,計算出了不同直徑鋼球?qū)Π霟o限靶版的極限穿透深度和間隔靶板在不同間隔下的彈道極限速度,為鈦合金在軍事上的應(yīng)用提供一定的參考。

垂直u型管地下?lián)Q熱器性能的預(yù)測在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計中是非常重要的,需要高效率和準確預(yù)報傳熱模型。在此提出了單孔地下?lián)Q熱器準確的一維瞬態(tài)數(shù)值模型,并給出了兩個計算算法,使用任意隨時間變化的負荷或輸入入口溫度,對預(yù)測u型管出口溫度和土壤溫度的兩種算法,與一維數(shù)值模型進行了比較,在固定和可變負荷情況下分析模型對計算精度的影響,討論了三個鉆孔測試數(shù)據(jù),驗證數(shù)值模型的準確性。得出的初步結(jié)論是,一維數(shù)值模型相當準確,模擬全年時間約52s,以60s一步的時間和空間0.033～0.067m增量離散格式是可取的。