In order to investigate the blast resistance of a 316L stainless steel honeycomb sandwich structure, a honeycomb sandwich structure was designed and fabricated using 316L stainless steel powder by selective laser melting (SLM). Concurrently, solid panels of equivalent surface density were produced by this method and constituted the control group. The mechanical behavior of the structure under near-field static explosion load is obtained through static explosion experiments and LS-DYNA simulation experiments, and the propagation mode of the stress wave within it is investigated in order to elucidate the underlying anti-explosion principle. Moreover, optistruct is utilized to optimize the topology and structure of the structure, with the objective of enhancing its blast resistance. The findings indicate that the backplate deflection of the porous sandwich structure is diminished by 13.2% in comparison to that of the plate with isoplanar density, thereby enhancing blast resistance. The established numerical model of fluid-solid coupling is capable of describing the three phases of the static explosion experiment, namely the shock wave propagation phase, the fluid-solid coupling phase, and the inertia phase. The explosion experiment yielded definitive results at the center of the target plate, thereby demonstrating that the "川" crack is caused by residual core layer extrusion. Moreover, the core layer deformation failure mechanism for the honeycomb panel was observed to manifest as in-plane stretching and tearing. The optistruct optimization results demonstrate the formation of a triangular skeleton and circular holes, alternating with corrugated plates. The structure, optimized for a corrugated core target plate, displays enhanced resilience in comparison to the optimization of a traditional honeycomb sandwich panel. The explosion load backboard deflection exhibited a 25.4% reduction, the peak pressure behind the plate demonstrated a 17.6% reduction, and the blast resistance was significantly enhanced. In comparison to honeycomb panels, the circular hole structure has been demonstrated to reduce the backplane deflection by 38.1%, while the triangular hole structure has been shown to reduce the peak pressure behind the plate by 22.4%.
为研究药型罩结构参数对聚能杆式射流(JPC)成型的影响以及成型后的JPC对陶瓷复合靶板的侵彻能力和后效作用,文中采用正交试验优化设计了一种等壁厚圆锥形药型罩的结构参数,利用LS-DYNA软件开展了战斗部结构参数(锥角、厚度、长径比)对JPC毁伤元特征参数的影响规律分析,通过极差分析得到JPC成型性能较好的结构参数组合,基于优化后的结构,研究了JPC毁伤元对陶瓷复合靶板的毁伤情况。结果表明: 药型罩锥角为90°,壁厚为2.5 mm,装药长径比为0.9时的侵彻效果较好。此时,漏斗坑直径提升了8.93%,漏斗坑深度提高了3.7%,开孔平均直径提高了8.29%,除去靶板间距后总侵彻厚度提高了9.88%。该研究能为杆式射流药型罩结构参数设计以及对陶瓷复合靶板侵彻能力的提升提供理论与技术基础。
采用试验和仿真分析相结合的方法,研究了钨合金杆式穿甲模拟弹垂直侵彻陶瓷/铝合金复合靶板过程中,位置效应(改变弹着点)及界面效应(增加陶瓷层数)对靶板防护性能的影响规律。位置效应研究表明,弹着点位于距陶瓷边界0~30 mm范围内时,背板剩余穿深的变化幅度为17.38%;而弹着点位于距陶瓷边界30~50 mm范围内时,剩余穿深的变化幅度仅为2.54%,可认为此区域内靶板防护性能不再受弹着点位置的影响,即距陶瓷边界大于等于五倍弹径区域为靶板有效防护区。界面效应研究表明,同等厚度下3种不同结构(1 mm×40 mm陶瓷、2 mm×20 mm陶瓷和4 mm×10 mm陶瓷)复合靶板的剩余穿深分别为40.32 mm、47.47 mm和50.77 mm,即同等厚度下陶瓷防护性能随分层数量增加而降低。
为研究低小慢无人机在破片打击下的毁伤效能,建立了破片对无人机毁伤效能的评估模型。通过数值模拟分析单枚破片在不同初速、直径和材料条件下对目标各个舱段的毁伤概率,并采用蒙特卡洛法进行了多次射击仿真。研究结果表明,破片的初速、直径和材料对毁伤概率有显著影响,其中初速和直径的增加显著提升了毁伤概率,但在900~1 500m/s的速度范围和4~8 mm的大直径条件下,效能提升趋于饱和。而多枚破片的打击显著提高了毁伤概率,表明在破片数量增加的情况下,毁伤效能大幅提升,使破片数量成为影响毁伤效果的关键因素。基于研究结果,选择2~4 mm的破片直径、600~900 m/s的初速以及适当的材料,可以优化破片战斗部的设计,从而提升其对无人机的毁伤效能,为无人机毁伤效能的精准评估和作战决策提供科学依据。
动态炸点定位是毁伤评估的重要内容,爆炸声波由冲击波衰减产生,冲击波为超声速且有一定影响范围,因此炸点声定位的精度会受到爆炸冲击波的影响。为探究炸点定位过程中爆炸冲击波段对声定位结果的影响,基于爆炸冲击波压力衰减规律,构建了冲击波衰减为声波的波至时间-距离模型,并将该模型应用于基于时间到达差的定位方法中。以典型的布设方式为例,预设炸点和声传感器基阵位置,计算得到相应的波至时间。基于时间到达差(TDOA)的定位方式反演得到炸点相对于声传感器基阵的位置,比较反演位置与预设位置得到炸点的声定位误差。进一步通过调整预设的炸点位置以及装药质量,分析爆炸冲击波对声定位误差的影响。研究结果表明,装药质量和爆心距离是影响定位误差的主要影响因素;随比例距离增大,冲击波引起的定位误差呈现减小趋势,当比例距离大于18.45时,相对距离误差可降至1%以下。以期为炸点声定位的系统误差修正提供参考,提高炸点声定位的计算精度。
以全弹毁伤增强为目标,针对固体火箭发动机爆轰形成破片为自然破片,成型效果较差的问题,开展燃烧室壳体刻槽研究。由横向刻槽圆筒、纵向刻槽圆筒、横纵刻槽圆筒、横纵刻槽燃烧室壳体的研究顺序,分析了不同横槽、纵槽和横纵槽刻槽参数对破片成型的影响,获取适用于大直径薄壁发动机燃烧室的壳体刻槽参数,对得到的刻槽参数进行毁伤威力分析。结果表明: 在大直径薄壁圆筒的前提下,刻槽间距大于3倍壁厚可形成规则破片,刻槽间距的增加虽然会减少破片数量,但单破片质量增加,有更高的毁伤范围。槽深与槽宽参数较为接近战斗部刻槽参数,且横槽槽深会极大影响预控破片的生成,但过深的刻槽将会超过发动机壳体的安全范围,故横槽槽深可选范围较小。研究结论可为弹箭推进毁伤一体化设计提供参考依据。
基于云爆弹二次引信的作用历程,分析了云爆弹二次引信在弹道终点可能受到的冲击波、电磁辐射等干扰因素及其特征,从二次引信弹道设计、电路设计、结构设计等方面提出了抗干扰设计方法。通过静爆试验对比了二次引信独立设计和电缆线连接设计结构下二次引信的抗干扰能力,试验结果表明,采用独立结构设计的二次引信的抗干扰能力更好,二次引信在抛洒药柱爆炸之后能够在装订时刻输出正常点火信号;而采用电缆连接的二次引信出现了未能在指定时刻发出点火指令的问题,引信内元器件发生电学失效为炸药爆炸产生的电磁辐射通过场线耦合的方式进入引信导致的损坏;实验工况下引起的脉冲干扰电流持续时间可以达到百ns量级,峰值电流达到数十A,能够直接对引信单片机及接口电路产生损伤。
针对目前反导毁伤评估工作存在可信度不足的问题。通过向半实物系统注入外部拟合的姿态信息来复现导弹的飞行过程,从而在真实的弹目交会条件下实现毁伤评估工作可信度的有效提升。首先通过半实物仿真系统的弹道拟合,给出导弹模型在目标相对坐标系下的运动方程,然后根据制导误差分布概率、引信启动区分布概率和战斗部条件毁伤概率的经验计算公式,结合半实物弹目交会工况,归纳出了综合毁伤概率的确定方法,最后通过具体的实例进行了仿真计算,并对仿真结果进行参数特性分析和毁伤等级划分。研究结果表明,所建立的弹目交会距离、破片入射方位角与毁伤结果关系,以及毁伤效能评定表可在一定程度上预测该拦截弹的拦截结果,为后续军事作战决策提供支持和参考。
为提高多爆炸成型弹丸(MEFP)对装甲目标的侵彻效能,基于端面MEFP的设计理念,构建了一种端面组合式环向双层MEFP装药结构,可以对装甲目标实现多点位毁伤。利用LS-DYNA软件研究了辅罩厚度、辅罩曲率半径和辅罩跨度对MEFP战斗部成型效果和侵彻性能的影响。研究结果表明:当辅罩壁厚增大时,辅罩弹丸速度逐渐减小,中间辅罩弹丸飞散角逐渐减小,外围辅罩弹丸飞散角逐渐增大;当辅罩曲率半径增大时,辅罩弹丸速度逐渐减小,中间辅罩弹丸飞散角逐渐增大,外围辅罩弹丸飞散角逐渐减小;当辅罩跨度增大时,辅罩弹丸速度逐渐增大,中间辅罩弹丸飞散角减小,外围辅罩弹丸飞散角增大;该MEFP可贯穿15 mm厚45#钢靶,从而有效提高毁伤元的数量和毁伤面积。
为进一步提高爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤能力,采用理论分析、数值仿真和试验验证的方法,设计了一种爆炸成型箭形侵彻体战斗部。通过设计条形药型罩横行排布时的排布数量控制爆炸成型箭形侵彻体的成型效果,提高毁伤元的毁伤威力。以理论分析,建立物理模型,确定条形药型罩的罩横向排布数量,通过数值仿真验证设计方案可行性,进而制备出了条形药型罩横向排布数量为12的战斗部,并进行静爆试验,试验结果表明,单枚条形药型罩可成型为2枚爆炸成型箭形侵彻体,可穿透5 m处30 mm厚的Q235钢板。研究结论对爆炸成型毁伤元战斗部的设计具有重要意义。
为研究组合药型罩结构对聚能装药战斗部毁伤性能的影响,基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法,在验证了选用模型及材料参数有效性的基础上对单一EFP药型罩以及不同结构组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及侵彻体对靶板的毁伤情况进行研究。研究结果表明,在单一EFP药型罩的基础上添加顶罩形成的组合药型罩能够在聚能装药的作用下形成头部速度更大、构型更长的侵彻体;在顶罩底径及高度为0.2倍装药直径的条件下,顶罩锥角为30°时,组合药型罩形成的侵彻体头部速度相较于其他结构组合药型罩形成的侵彻体头部速度更大,侵彻体长度更长,但侵彻体直径最小,这与应力波在药型罩内部传播以及药型罩周边微元能否满足侵彻体变长情况有关。靶板在组合药型罩作用下的开坑孔径与通孔孔径正相关,开坑孔径、通孔孔径与侵彻深度负相关。在顶罩底径及高度为0.2倍装药直径的条件下,组合药型罩作用下靶板的的开坑孔径与单一EFP药型罩作用下靶板的开坑孔径相差不大;组合药型罩作用下靶板的通孔孔径约为单一EFP药型罩作用下靶板开坑孔径的0.17~0.2倍;组合药型罩作用下靶板的侵彻深度约为单一EFP药型罩作用下靶板侵彻深度的2.7~3.7倍。根据战斗部威力指标,通过添加合适结构的顶罩形成组合药型罩,可在保证开坑孔径的基础上提高战斗部的侵彻深度。
针对目前目标易损性评估存在的评估模型和方法及流程繁多杂乱、评估系统时效性和准确性差等突出问题,文中主要采用理论分析、举例说明等方法对其进行探讨,提出了目标易损性评估通用流程,主要包括目标特性分析、毁伤元特性分析、目标毁伤级别划分、目标关键部件分析、目标毁伤特性分析和目标易损性评估等方面。在此基础上,提出了包括目标特性子系统、战斗部威力及毁伤元特性子系统、弹目交会子系统、目标毁伤特性子系统、易损性评估子系统,以及前、后处理子系统和数据管理子系统等在内的目标易损性评估系统框架。将人工智能融入到评估系统中,以提高目标易损性评估系统的智能化水平。同时,各子系统应具有开放性,可按照统一的格式添加相应的内容,不断增强其标准化和通用性。
