爆炸成型弹丸（EFP）研制及其工程破坏效应研究

论文摘要

EFP在未敏弹、二级串联弹、工程破障和武器销毁等方面具有很好的应用前景，是武器设计和爆炸力学研究的热点问题之一。本文针对远距离工程破障和打击坚固目标的需要，以研制方便携带和使用、质量小、成本低的单兵高效聚能战斗部为研究目标，在考虑提高EFP侵彻破坏能力的同时，着重考虑了其外弹道性能和成本。研究过程中，采用理论和经验分析初步设计、数值模拟反馈设计和试验研究优化设计等多种手段相结合的综合方法，对EFP战斗部进行了科学合理的设计，并开展了EFP侵彻破坏效能的研究，提出了EFP侵彻的工程计算方法和工程防护措施。 首先，本文对国内外聚能装药技术研究成果进行了系统总结和深入研究。有关资料包括：聚能装药技术的发展历史和分类、聚能射流形成的流动准则和理论、聚能装药技术研究方法、EFP技术的优点和当前应用情况、EFP成型影响因素及其作用等等。确定以能有效打击复合装甲、侵彻后效大、对炸高不敏感的EFP战斗部作为本文的研究目标。 其次，深入研究了EFP战斗部设计计算方法，分析了EFP成型过程中药型罩的变形特征，提出决定EFP成型的首要条件是药型罩在爆轰驱动中获得的初始速度分布，并利用爆轰驱动飞片模型，给出了药型罩变形和EFP速度的估算公式，进行了战斗部初步设计。采用LS-DYNA软件模拟了EFP成型和侵彻过程，计算中通过人工粘性力控制沙漏模态，采用罚函数方法处理接触滑移面，采用自适应手段控制网格畸变，通过将计算过程分为EFP成型计算和侵彻计算两个阶段、删除无效单元、进行重启动等方法保证了计算顺利完成，研究解决了药型罩剧烈变形和接触碰撞计算中的关键技术。开展了多轮研究性试验，进行了EFP成型和飞行姿态X光照相和速度测试，得出变壁厚球缺与大锥角相结合的复合药型罩所形成的EFP，其形状和气动性能都较好的结论。通过对数值计算和实弹试验结果进行分析，完成了战斗部的反馈设计和优化设计。最终研制的EFP战斗部口径为100mm，重量轻，初始速度达到2500m／s，可在大炸高条件下有效打击障碍物和轻装甲，为单兵破障和打击坚固目标提供了一种有效的手段，其总体技术指标处于该研究领域的先进水平。 最后，在分析EFP侵彻机理的基础上，结合流体侵彻模式与破碎穿孔模式，提出了EFP侵彻深度的工程计算方法。在分析EFP对混凝土靶的侵彻与震塌破坏机制的基础上，提出采取缩小配筋间距、提高配筋率、采用SFRC和块石混凝土、采用钢板内衬结构或在结构内表面粘贴玻璃纤维布与碳纤维布等措施进行工程防护，为合理进行防护工程设计提出了指导性意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚能装药技术研究
• 1.2.1 基本情况
• 1.2.2 聚能射流技术研究
• 1.2.3 爆炸成形弹丸（EFP）技术研究
• 1.2.4 聚能装药研究方法
• 1.3 聚能装药的破坏效应研究
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 EFP战斗部成型理论和设计
• 2.1 引言
• 2.2 EFP的成型理论
• 2.2.1 EFP的成型模式
• 2.2.2 EFP的成型条件
• 2.2.3 EFP成型的近似计算
• 2.3 EFP的设计思想及理论
• 2.3.1 EFP的设计思想
• 2.3.2 EFP形状和飞行稳定性分析
• 2.3.3 EFP初速的确定
• 2.3.4 EFP设计的简化计算
• 2.4 EFP战斗部的设计
• 2.4.1 药型罩材料选取
• 2.4.2 药型罩结构设计
• 2.4.3 装药设计
• 2.4.4 壳体设计
• 2.4.5 起爆方式设计
• 2.4.6 加工成型
• 2.5 本章小结
• 第三章 EFP成型及侵彻数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 计算程序
• 3.2.1 程序概况
• 3.2.2 大变形动力学数值计算方法
• 3.2.3 接触碰撞数值计算方法
• 3.2.4 应力波与人工粘性
• 3.2.5 大变形动力学有限元求解中的关键技术
• 3.2.6 材料模型
• 3.3 EFP成型数值模拟
• 3.3.1 有限元模型建立
• 3.3.2 材料参数选取
• 3.3.3 计算模型及尺寸
• 3.3.4 计算过程及结果分析
• 3.4 EFP侵彻混凝土的数值模拟
• 3.4.1 模型建立
• 3.4.2 计算过程及结果分析
• 3.5 EFP侵彻钢板的数值模拟
• 3.5.1 模型建立
• 3.5.2 计算过程及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 EFP侵彻破坏效应试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 研制期间的主要试验
• 4.3 混凝土靶侵彻试验
• 4.3.1 混凝土靶板设计
• 4.3.2 工程布置与测点布置
• 4.3.3 试验结果
• 4.3.4 试验结果分析
• #钢靶侵彻试验'>4.4 45^#钢靶侵彻试验
• 4.4.1 试验工程布置
• 4.4.2 试验结果
• 4.4.3 试验结果分析
• 4.5 EFP的速度测量
• 4.5.1 侵彻混凝土试验的EFP速度测量
• 4.5.2 侵彻钢板试验的EFP速度测量
• 4.6 EFP脉冲 X光照相
• 4.7 EFP数值模拟结果与试验结果对比
• 4.8 本章小结
• 第五章 EFP侵彻的工程计算及工程防护
• 5.1 引言
• 5.2 侵彻的基本问题
• 5.2.1 靶板的分类
• 5.2.2 贯穿破坏的基本形式
• 5.2.3 冲击速度的划分
• 5.3 侵彻模式的判别准则
• 5.4 EFP对混凝土的侵彻
• 5.4.1 EFP侵彻混凝土靶的过程分析
• 5.4.2 EFP侵彻混凝土的判别准则
• 5.4.3 侵彻深度的计算
• 5.4.4 配筋影响分析
• 5.5 EFP侵彻钢靶的计算
• 5.6 EFP侵彻的工程防护措施
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 全文总结和回顾
• 6.2 主要创新点
• 6.3 未来研究展望
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读博士学位期间取得的科研成果