几种靶板的撞击加速度和极限速度的试验研究

研究结构受撞击时的强度应当知道撞击过载和极限速度。对撞击过载和极限速度进行了试验研究。试验分两种情况,一种弹丸为φ10的铜球和圆柱,靶为钢板、铝板和玻璃钢板,弹丸速度为600—800m/s;一种弹丸为带卵形头部的长圆柱,靶为混凝土,弹丸速度为350—600m/s。应用相似理论,模型试验结果在设计中可以参考使用。     

混凝土房屋结构靶的超高速撞击特性研究

为了研究动能武器对混凝土类目标的毁伤效果,采用试验和数值仿真手段,对钨合金弹丸超高速撞击混凝土房屋结构靶进行了研究,探讨了混凝土房屋结构靶在超高速撞击条件下的毁伤特点。试验所用的钨合金弹丸重35g,长径比为5,撞击速度2.5km/s;混凝土房屋结构靶抗压强度34.4MPa。研究发现:在开展的试验条件下,房屋结构靶顶层板和底层板被穿透,未发生解体破坏;靶体中加筋对靶体的穿孔大小及结构破坏没有明显的降低作用;速度2.5km/s的弹丸经撞击40mm厚混凝土板后的速度降到2.0~2.3km/s 范围内;弹丸超高速撞击混凝土房屋结构顶层板形成的碎片云速度较高,部分碎片对人员具有较强的杀伤效果,该部分碎片的扩张角为23°,在底层板上的分布范围大于穿孔大小。     

编织复合材料弹体和靶板偏航撞击响应分析

为研究复合材料机匣在复合材料弹体撞击过程中弹体的破坏模式与机匣吸能特性,在ANSYS/LS-DYNA软件中基于连续损伤力学模型开展了一系列的复合材料弹体偏航撞击仿真。仿真结果表明:对于偏航撞击,随着偏航角度的增加,弹体剩余动能逐渐减小,靶板吸收的能量逐渐增大,主要是因为偏航角度越大,弹体与靶板接触面积逐渐增大。同时通过仿真得到钛合金弹体冲击复合材料靶板的计算结果,发现钛合金弹体临界穿透速度比复合材料弹体小,更易击穿靶板,因此复合材料叶片的使用不仅可以减轻叶片的质量,也有助于改善机匣包容性。     

硬38CrSi平头弹斜撞击45钢靶侵彻特性研究

利用有限元软件Autodyn,建立硬38CrSi平头弹斜撞击45钢靶板模型并验证其模型和参数的有效性,研究了平头弹不同撞击角度(30°、45°和60°)对靶板弹道极限、弹体剩余动能和靶板失效的影响。研究结果表明:弹道极限随撞击角度的增加而增加;弹体剩余动能随撞击角度的增加而减小;撞击角度增大,靶板破坏面积增大,破坏区域从三角形转化为与弹身纵截面近似的长条形。     

钢球对肥皂靶的撞击试验

为研究投射物对生物体的致伤效应,采用肥皂作为生物体模拟物,开展了Φ3.0mm 的钢球高速(0.96和1.88km/s)及超高速(3.52和4.98km/s)撞击肥皂靶的试验,获得了肥皂靶在钢球撞击下的损伤特征及其破坏规律。结果表明:高速试验条件下,钢球对肥皂靶的损伤主要表现为贯穿效果;超高速试验条件下,钢球撞击肥皂靶形成大尺寸半球形弹坑,其对肥皂靶的损伤表现为2个方面:一是大尺寸弹坑导致的“体积移除”,二是受超高速撞击的强烈冲击波影响,肥皂靶的破坏区域大于弹坑区域。     

穿地器穿孔混凝土靶

本文实验研究了长卵头穿地器高速穿孔混凝土靶,零攻角,正撞击。实验中测定并分析了穿地器的最大加速度及其和靶的变形特性。因是侵彻混凝土厚靶,非半无限靶,靶的后部显著痴裂,故该长卵头穿地器弹道稳定,生存速度高于720m/s。     

动能侵彻子弹对混凝土厚靶贯穿深度预估研究

用柱形腔膨胀理论和对混凝土厚靶撞击侵彻试验结果来确定混凝土材料的特性参ｐｓｄ并以由确定的ｐｓｄ值和柱形腔膨胀理论公式预估动能侵彻子弹对混凝土厚靶的贯穿深度。７次不同撞击速度试验结果的统计表明：ｐｓｄ值的变化不大，它是表征混凝土材料对贯穿抗力大小的特性参数。     

2024-T42铝板抗球形钢弹侵彻特性研究

为了研究2024-T42铝合金平板的弹道毁伤特性,利用一级空气炮装置进行25.4mm球形钢弹垂直撞击2024-T42铝合金平板实验,得到铝板在钢弹侵彻下的损伤特性和弹道极限速度,之后基于LS-DYNA有限元软件对钢弹撞击过程进行仿真分析,并详细分析了钢弹撞击过程中铝板的损伤和变形。实验和仿真结果表明:5mm厚2024-T42铝合金平板在直径25.4mm球形钢弹撞击作用下的弹道极限速度为151.7m/s;钢弹侵彻过程中铝板发生局部剪切冲塞破坏和开裂损伤;钢弹初速度大于弹道极限速度,钢弹动能损失基本不变,钢弹初速度小于弹道极限速度,钢弹动能损失随初速度减小而减少。     

铝-铝超高速撞击气化产物运动特性测量与分析

根据超高速撞击条件下气化产物的产生机理和辐射特性，设计了获取气化产物冲击波运动速度的序列成像测量方法，并在超高速碰撞靶上开展了直径4.5 mm铝球以6 km/s左右速度撞击2A12中厚铝板的试验，测量得到了撞击气化产物冲击波的运动序列图像，对撞击气化产物冲击波运动半径、速度、气化产物总能和波后流场参量分布等进行了定量分析，获得了铝-铝超高速撞击气化产物的运动特性。研究表明:设计的测量方法能很好地获得撞击气化产物冲击波不同时刻的位置信息，可为分析气化产物运动特性提供数据支持；测量所得气化产物冲击波运动半径随时间变化关系与Taylor点爆炸模型拟合结果相符，证明了该模型理论可用于超高速撞击气化产物运动特性相关研究。     

过冷大水滴相继撞壁对结冰影响的实验研究

目前过冷大水滴（SLD）撞击结冰机理未能清楚解释SLD间的相互干扰对撞击结冰过程的影响。实验用高速相机拍摄双SLD偏移一定位置相继撞击壁面结冰的物理过程，研究双SLD落点间的偏移、相继撞击的时间间隔对结冰形态及结冰速度的影响。实验表明:双SLD间的相互干扰会抑制撞击后的回缩行为进而影响结冰形态，降低结冰速度，延长双SLD完全冻结时间:双SLD落点位置偏移量的大小对结冰形态和结冰速度的影响均很大，相继撞击时间间隔的长短对结冰形态影响不大，主要影响结冰速度。     

液滴高速撞击低温壁面的动态特性及破碎机理研究

为研究液滴撞击低温壁面的动态行为,运用高速阴影法对韦伯数（We）在533～1630之间的单液滴撞击常温壁面（22 ℃）与低温壁面（?30～?10 ℃）进行可视化试验。试验结果表明:液滴以一定速度撞击低温壁面时,会发生即时破碎和冠状破碎,二次液滴飞溅明显;但液滴以相同速度撞击常温壁面时,未出现液滴破碎现象。随着壁面温度的降低,液滴撞壁破碎所需韦伯数减小。在壁面温度为?30 ℃时,液滴撞击铝合金板的破碎临界韦伯数降低至480左右;当We < 480时,即使壁面温度低于?30 ℃,液滴也不会发生撞壁破碎。当液滴撞击常温壁面时,液滴快速铺展,并且韦伯数越大,液滴铺展和回缩的速度越大,液滴的铺展因子越大。该研究可为液滴撞击低温壁面撞壁模型的建立提供参考。     

超高速碰撞碎片云的激光阴影照相技术

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性，在中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞靶上建立了激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪和成像系统组成，在采用补偿式滤光等技术后，获得了撞击速度v≈6km／s时清晰的碎片云图像。本文对该系统的工作原理、系统构成以及调试情况进行了介绍。试验结果表明：(1)该系统可以获得清晰的超高速碰撞碎片云图像；(2)扩束镜、成像物镜质量本身是影响碎片云激光阴影成像质量的主要因素；(3)各光学元件的不同结构及不同放置也会严重影响阴影成像质量。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

撞击流混合器内速度脉动的间歇性分析

应用激光多普勒测速仪(LDA),对撞击流混合器的流场速度进行了实验测量.利用小波变换模极大值方法与分形理论结合,对撞击流混合器撞击区的速度脉动信号进行多重分形分析,计算其轴向和径向速度信号的间歇性指数,并与相关流动特性进行关联分析,探讨撞击流混合器撞击区非线性、非均匀性和混沌特性机理.通过分析同一转速不同位置和同一位置不同转速下的信号得出:撞击流混合器内部流体流动具有多重分形的特性,通过间歇性参数随位置变化出现的最低拐点可以判断混合器内部流体运动特征,得出流型的转变区域;转速对撞击区的影响大于对回流区的影响.为揭示撞击流混合器的流动机制提供了一种新的方法.     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子(248nm)激光驱动带有烧蚀层的平面靶,研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响,结果表明激光不均匀性在2%以下,能够产生完整的高速飞片,且完整飞片能够维持20ns以上不破裂;当激光不均匀性达到5%,激光引入流体力学不稳定性种子应很强,冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强,到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化,不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度,采用激光与烧蚀层参数不匹配方法,使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用,得到速度约10km/s的高速飞片,与模拟结果吻合得很好。     

撞击流混合器速度信号的Hilbert-Huang变换分析

应用激光多普勒测速系统,对撞击流混合器的流场瞬时速度进行了测量.将Hilbert-Huang变换(HHT)应用于瞬时速度信号的分析,提取出各阶内禀模态函数(IMF)并通过经验模态分解(EMD)对速度信号进行滤波降噪.通过希尔伯特谱分析(HSA)确定了撞击流混合器速度信号的能量分布状况,信号能量集中于低频区,即存在于尺度较大的流体涡旋中.分析速度信号各阶内禀模态函数在不同频段的能量分布与转换,发现不同频段IMF的能量分布与流型转变之间的对应关系.通过能量特征值的提取表明,提高螺旋桨转速有助于强化系统的混合效果.最后将撞击流混合器的流场由内而外划分为中心区、涡旋区和回流区3个部分.     

带迎角钨杆斜侵彻铝板数值仿真研究

为研究迎角对钨杆斜侵过程的影响,开展了带迎角钨杆斜侵彻铝板数值仿真研究。仿真中采用SP H 方法,Shock状态方程和Steinberg本构模型。钨杆共有两种尺寸,分别为Φ10mm×23mm和Φ10mm×46mm。铝板厚10mm,撞击速度为2km/s,撞击角度为60°。为简化分析,将迎角分解为俯仰角和偏航角,其中俯仰角范围为-90°~90°,偏航角范围为0°~90°。对钨杆侵彻过程的分析结果表明:斜侵彻存在临界迎角,在临界迎角范围内钨杆所受力矩可忽略不计;在临界迎角范围外,钨杆将发生弯曲甚至折断。对钨杆的剩余质量分析结果表明:当偏航角为0°且钨杆未折断时,剩余质量只在较小的范围内变化;当俯仰角为0°时,剩余质量随迎角增加线性减小。对钨杆的剩余速度分析结果表明:偏航角对剩余速度的影响与俯仰角对剩余速度的影响基本一致,剩余速度曲线关于0°迎角基本对称。根据仿真结果,采用曲线拟合的方法给出了钨杆斜侵彻铝板的剩余速度经验公式。     

圆柱壳轴向塑性动力失稳的第二临界速度

本文利用铝合金材料200多个9种不同厚度的圆柱壳研究在轴向冲击载荷作用下的塑性失稳问题。实验结果表明:不同半径a与厚度h比值的圆柱壳受撞击的塑性失稳,其屈曲模态会对应两个失稳临界速度V_(c1)、V_(c2),前者对应于轴对称屈曲模态,在a/h一定范围内后者比前者可以大一倍,一般是非轴对称屈曲模态,可认为它丧失承载能力。     

砂尘在典型金属壁面上的反弹特性仿真研究

含有砂尘的空气吸入发动机,会与叶片、内外机匣之间不可避免发生碰撞,影响飞行器飞行安全。通过采用显式动力分析有限元法,建立砂尘以不同入射角度、入射速度、粒径大小及其旋转速度撞击壁面的反弹模型,研究砂尘在不同条件下与不锈钢及铝合金面碰撞后的反弹特性结果,为预测砂尘在粒子分离器中的运动轨迹提供反弹特性数据支持。结果表明:随砂尘入射速度增大,反弹速度呈增大趋势,速度恢复系数基本保持稳定;相同入射条件下,铝合金材料对砂尘速度恢复系数的影响小于不锈钢材料;旋转速度、砂尘粒径对其碰撞反弹特性影响微弱,可以忽略不计;决定砂尘反弹角度仅取决于碰撞姿态和砂尘入射角度。     

商用飞机撞击全钢衬混凝土板的有限元分析

钢板具有强度高、延性好以及耗能性佳等特点,它与混凝土板组成的钢衬混凝土板结构是一种非常好的抗冲击防护结构,被广泛使用在防护工程中,例如核电站的防护壳,能够有效的抵御商用飞机的撞击。当钢衬混凝土板结构遭受商用飞机的撞击时,钢衬板能够有效的限制结构的横向整体变形,而且后置钢衬板还能有效阻止混凝土板的破碎以及碎片的飞溅。为研究钢衬混凝土板结构的抗冲击能力,文中根据钢衬板布置方式的不同建立了3个全钢衬混凝土板的数值模型,并且通过软件模拟了这些模型在波音707-320型商用飞机的撞击下的性能,所采用的方法是荷载时程分析法。研究结果表明:相比混凝土板的正面,板的背面更需要注意加强防护,因此适当的增加后置钢衬板的厚度可以有效地提高钢衬混凝土板结构的防护性能。