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小口径穿甲爆破炮弹侵彻目标数值模拟研究

作　者: 陈勇军
导　师: 王雨时
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 弹药工程穿甲爆破弹数值模拟侵彻威力弹体装药穿甲安全性前冲过载结构优化
分类号: TJ413.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了为某小口径穿甲爆破弹及其引信优化设计提供参考,运用LS-DYNA软件对头部结构不同的小口径穿甲爆破弹以不同着角、不同着速侵彻不同目标进行仿真,分析了不同条件下弹丸的穿甲性能、弹体装药穿甲安全性和弹丸前冲过载特性。由仿真得到的弹体变形和质量损失情况、弹丸贯穿靶板后剩余速度和剩余动能曲线可知,头部结构对弹丸贯穿靶板后的弹体破坏情况、剩余速度和剩余动能影响都较大。风帽厚度和材料对弹丸穿甲性能有一定影响,设计时应选择合理的厚度,应尽量选用密度小、强度高的材料作为风帽材料。对弹体头部形状和尺寸进行优化设计,可以提高弹丸的穿甲性能。其中将弹体头部改为截锥后加台阶形,弹丸穿靶后剩余动能相对于弹体头部为平头形能提高5.3%。弹体头部形状对弹丸穿甲强度也有影响,其中尖锥形最差,截锥形居中,截锥后加台阶形最优。随着着角的增大,弹丸剩余动能越来越小,当着角增大到某一值时会出现跳弹现象。在弹体头部增设钨合金穿甲块有利于增强弹丸的穿甲性能,在弹丸质量不变的前提下穿甲厚度可增大20%左右,而在侵彻较厚靶板时效果更为明显。通过对某小口径火炮穿甲爆破弹侵彻钢靶板过程进行仿真,得到了弹丸着角、着速和靶板厚度对装药安定性的影响。结果表明：随着着速增大,装药的安全性越来越差；随着着角增大,装药的安定性先变好再变差,着角为70°和80°时装药安定性不如着角0°时,说明大着角对装药安定性不利；靶板增加到一定厚度时弹丸装药不安全。由仿真得到的弹丸碰靶过程中的弹丸前冲过载曲线可知,弹丸前冲过载峰值随着着角的增大而减小,但其相对于着速对弹丸前冲过载峰值的影响要小一些。头部镶有钨合金块的弹丸侵彻靶板时会出现两个峰值,分别在钨合金穿甲块和弹体与靶板碰击时出现,其引信设计时应引起注意。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 背景及意义  9
  1.2 小口径弹药概述  9-10
  1.3 穿甲爆破弹作用原理与构造  10-12
    1.3.1 穿甲爆破弹作用原理  10
    1.3.2 典型的小口径穿甲爆破弹  10-12
  1.4 穿甲爆破弹引信概述  12-14
    1.4.1 穿甲爆破弹引信功能特点  12-13
    1.4.2 国内外小口径穿甲爆破弹引信  13-14
  1.5 头部形状和着角对弹丸穿甲性能影响研究现状  14-16
  1.6 穿甲块结构在弹丸中应用研究现状  16
  1.7 弹体装药穿甲安全性研究现状  16-17
  1.8 弹丸前冲过载特性研究现状  17-19
  1.9 本文主要研究内容  19-20
2 头部结构对小口径穿甲爆破弹穿甲强度和穿甲性能影响的仿真研究  20-44
  2.1 引言  20
  2.2 弹丸侵彻问题的研究方法  20-23
    2.2.1 经验法  20-21
    2.2.2 理论分析法  21-22
    2.2.3 数值模拟法  22-23
  2.3 仿真方法  23-30
    2.3.1 弹丸有限元模型  23-24
    2.3.2 材料模型与仿真参数  24-26
    2.3.3 仿真可信性  26-27
    2.3.4 风帽与弹体连接方式简化处理的合理性  27-30
  2.4 头部结构对小口径穿甲爆破弹穿甲性能的影响  30-40
    2.4.1 风帽厚度对弹丸穿甲的影响  30-34
    2.4.2 风帽材料对弹丸穿甲的影响  34-35
    2.4.3 头部形状对弹丸穿甲性能的优化设计  35-40
  2.5 头部结构对小口径穿甲弹穿甲强度的影响  40-43
    2.5.1 弹丸正侵彻10mm厚均质钢靶板  40-41
    2.5.2 风帽厚度对弹丸穿甲强度的影响  41-42
    2.5.3 头部形状对弹丸穿甲强度的影响  42-43
  2.6 本章小结  43-44
3 钨合金穿甲块提高小口径穿甲爆破弹穿甲威力仿真研究  44-52
  3.1 引言  44
  3.2 模型建立  44-45
    3.2.1 有限元模型  44-45
    3.2.2 材料模型与仿真参数  45
  3.3 结果分析  45-51
    3.3.1 头部穿甲块结构对弹丸穿甲性能的影响  45-49
    3.3.2 穿甲块与弹体连接方式对穿甲的影响  49-51
  3.4 本章小结  51-52
4 弹体装药穿甲安全性仿真研究  52-63
  4.1 引言  52
  4.2 炸药冲击起爆判据  52-54
    4.2.1 临界压力判据  52-53
    4.2.2 临界能量判据  53-54
  4.3 模型建立  54-55
    4.3.1 有限元模型  54-55
    4.3.2 材料模型  55
  4.4 结果分析  55-61
    4.4.1 弹丸垂直侵彻15mm厚均质钢板  55-56
    4.4.2 着角对弹体装药穿甲安全性的影响  56-60
    4.4.3 速度对弹体装药穿甲安全性的影响  60-61
    4.4.4 靶板厚度对弹体装药穿甲安全性的影响  61
  4.5 本章小结  61-63
5 炮射穿甲爆破弹前冲过载特性仿真研究  63-75
  5.1 引言  63
  5.2 前冲过载理论  63-64
  5.3 仿真模型建立  64-68
    5.3.1 有限元仿真模型  64-65
    5.3.2 材料模型  65-68
  5.4 仿真结果及分析  68-74
    5.4.1 弹丸以不同着角侵彻15mm厚均质钢板  68-70
    5.4.2 弹丸侵彻不同厚度钢靶板  70-71
    5.4.3 弹丸垂直侵彻不同材质薄目标  71-74
  5.5 本章小结  74-75
6 结束语  75-78
  6.1 作总结  75
  6.2 研究结论  75-76
  6.3 本文创新点  76
  6.4 需要进一步探讨的问题  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
附录  84

小口径穿甲爆破炮弹侵彻目标数值模拟研究

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