弹头终点弹道的数值模拟研究

论文摘要

本文利用LS-DYNA数值模拟程序，对低侵彻手枪弹入水和高速旋转球头弹侵彻运动目标过程的终点弹道问题进行了数值模拟计算。首先，对国产9mm手枪弹进行了两种新的设计，使其具有了高杀伤、低侵彻的性能。这两种新型低侵彻手枪弹分别为软尖弹和空尖弹。因为大多数生物组织含水80％左右，其密度与水相近，因此创伤弹道学中的某些现象是通过以水为介质的模拟来进行研究的。本文用水来近似代替人体的生物组织，利用LS-DYNA数值模拟程序分别对正常弹、软尖弹、空尖弹入水过程进行了数值模拟，获得了它们的速度衰减曲线、位移曲线、总能的衰减量以及形成的瞬时空腔。其中，获得的正常手枪弹头的速度衰减曲线和理论计算的速度衰减曲线相差很小。通过最终比较可以得出结论，在低侵彻性和高杀伤性方面空尖弹是最优的。当前，国内外对于弹头侵彻目标问题的数值模拟研究仅限于弹头不具有转速，目标静止的情况。但是在实际战争环境下，弹头为保证其外弹道的稳定性将具有很高的转速，同时目标也将是运动的。因此，本文提出了一种计算高速旋转弹头侵彻实际运动目标的有限元模型，并提出一种计算弹头翻转角度和弹道偏移的方法。利用LS-DYNA数值模拟程序对7.62mm高速旋转球头弹侵彻运动目标过程进行了数值模拟计算。通过比较数值模拟的结果来研究不同弹头转速、目标速度、侵彻角对侵彻过程中弹头最终速度、翻转角度和弹道偏移的影响。这些规律对于高速旋转弹头侵彻运动目标问题的研究以及轻型双层装甲的设计将具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 低侵彻手枪弹的研究现状
• 1.2 旋转弹头侵彻运动目标的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 低侵彻手枪弹设计
• 3 低侵彻手枪弹入水数值模拟
• 3.1 弹头及其杀伤作用
• 3.2 瞬时空腔原理
• 3.3 低侵彻手枪弹入水的有限元模型
• 3.4 算法介绍
• 3.4.1 LS-DYNA数值算法
• 3.4.2 流体-结构耦合算法
• 3.4.3 JOHNSON-COOK材料模型
• 3.4.4 Grüneisen状态方程
• 3.5 弹头入水的速度衰减规律
• 3.6 三种弹头入水后的变形及速度衰减规律
• 3.7 三种弹头侵彻性能比较
• 3.8 三种弹头损伤性能比较
• 3.9 本章小结
• 4 旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟研究
• 4.1 计算有限元模型
• 4.2 材料模型和接触算法
• 4.2.1 材料参数
• 4.2.2 接触算法
• 4.3 弹头侵彻过程中翻转角度和弹道偏移的计算
• 4.4 非旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟
• 4.5 旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟
• 4.6 本章小结
• 5 旋转弹头侵彻实际运动目标的数值模拟研究
• 5.1 计算有限元模型
• 5.2 目标质量对其速度的影响
• 5.3 材料模型和状态方程
• 5.4 非旋转弹头侵彻运动目标的数值模拟
• 5.5 旋转弹头侵彻运动目标的数值模拟
• 5.6 本章小结
• 6 旋转弹头以不同角度侵彻实际运动目标的数值模拟研究
• 6.1 有限元模型
• 6.2 材料模型和状态方程
• 6.3 非旋转弹头以不同侵彻角侵彻运动目标的数值模拟
• 6.4 旋转弹头以不同侵彻角侵彻运动目标的数值模拟
• 6.5 本章小结
• 7 双层轻型装甲防护
• 7.1 计算有限元模型
• 7.2 侵彻效果比较
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢