串联侵彻战斗部对钢筋混凝土介质的侵彻机理

论文摘要

由聚能装药和动能侵彻体组成的两级串联侵彻战斗部是钻地武器的发展趋势之一，其对钢筋混凝土等硬目标的高效毁伤依赖于前后级的合理匹配。本文运用理论分析、数值模拟及试验研究等方法全面系统地研究了串联侵彻战斗部对钢筋混凝土的侵彻机理，主要包括聚能装药侵彻钢筋混凝土、动能侵彻体侵彻预损伤混凝土、前级爆轰场对后级的干扰及后级动能侵彻体增速等方面的问题。 本文的主要研究内容包括以下几个方面。 1．进行了聚能装药对钢筋混凝土的侵彻机理研究。 建立了连续射流侵彻模型，并应用其计算分析了射流速度梯度、射流头尾直径和炸高等参数对侵彻深度及孔形的影响关系，验证了“E／V=C”准则。基于质量守恒和动量守恒理论建立了聚能杆式侵彻体侵彻混凝土的工程模型，并进行了试验验证。进行了三种不同类型聚能装药成型与侵彻研究，X装药的穿深与孔径匹配合理，通过X装药侵彻钢筋混凝土试验的结果来看，X装药是较为理想的串联侵彻战斗部前级装药结构。 2．进行了动能侵彻体对预损伤混凝土的侵彻机理研究。 利用空腔膨胀理论建立了不同头部形状动能侵彻体对预损伤混凝土的侵彻模型。深入地研究了预损伤混凝土的孔形几何参数和损伤区强度弱化因素对侵彻深度的影响关系。在后级动能侵彻体冲击速度一定时，预损伤孔径大于动能侵彻体直径的0.7倍时，侵彻深度增加明显，预损伤孔形对侵彻深度的影响也更加明显。进行了不同损伤区强度弱化假设对侵彻深度的影响分析，假设损伤区线性弱化与实际情况较为符合。基于灰色理论建立了动能侵彻体最大侵彻深度灰色预估模型，丰富了试验数据处理的方法。本文模型的计算结果与Mostert和Folsom试验吻合较好，精度比Teland模型高。利用LS-DYNA对预损伤混凝土的侵彻过程进行了数值计算，对理论模型进行了验证。 3．串联侵彻战斗部侵彻模型及前后级匹配关系研究。 分析讨论了前后级侵彻深度之间的关系，建立了串联侵彻战斗部的侵彻模型，获得了串联侵彻战斗部最佳穿深与孔径匹配的设计方法。进行了前级爆轰场对后级动能侵彻体的影响分析，建立了前级爆轰场作用下的一维冲击波传播模型，基于动量守恒建立了后级动能侵彻体速度降的表达式。运用数值计算对上述理论分析进行了验证。进行了后级动能侵彻体增速抛射装置设计，建立增速抛射装置的理论分析模型，通过增速抛射试验对模型进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 串联侵彻战斗部的研究现状
• 1.2.2 聚能装药侵彻混凝土、钢筋混凝土的研究现状
• 1.2.3 动能侵彻体侵彻预损伤混凝土的研究现状
• 1.3 本文的研究目的、手段及主要内容
• 2 聚能装药对钢筋混凝土的侵彻机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 聚能装药侵彻钢筋混凝土过程描述
• 2.3 连续射流侵彻钢筋混凝土分析
• 2.3.1 连续射流侵彻模型
• 2.3.2 连续射流对钢筋混凝土侵彻孔径与穿深关系分析
• 2.4 聚能杆式侵彻体侵彻模型
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 基本假设和弹靶关系描述
• 2.4.3 基本方程组
• 2.4.4 计算分析及试验验证
• 2.4.5 小结
• 2.5 X装药设计及侵彻钢筋混凝土试验验证
• 2.5.1 聚能杆式侵彻体成型分析
• 2.5.2 不同聚能侵彻体成型与侵彻的比较分析
• 2.5.3 X装药侵彻钢筋混凝土的试验研究
• 2.6 本章小结
• 3 动能侵彻体对预损伤混凝土的侵彻机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 弹靶关系描述及基本假设
• 3.3 动能侵彻体对预损伤混凝土的侵彻模型
• 3.3.1 不同头部形状动能侵彻体对预损伤混凝土的侵彻阻力
• 3.3.2 动能侵彻体侵彻预损伤混凝土模型
• 3.3.3 动能侵彻体侵彻圆柱形孔预损伤混凝土计算分析
• 3.3.4 圆柱形孔预损伤混凝土侵彻计算分析与试验验证
• 3.3.5 动能侵彻体侵彻锥形孔预损伤混凝土计算分析
• 3.3.6 损伤区强度对侵彻深度的影响分析
• 3.4 数值模拟分析
• 3.4.1 计算模型
• 3.4.2 计算结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 串联侵彻战斗部侵彻模型及前后级匹配关系研究
• 4.1 引言
• 4.2 串联侵彻战斗部侵彻模型及优化
• 4.2.1 串联侵彻战斗部侵彻模型
• 4.2.2 串联侵彻战斗部侵彻模型优化
• 4.2.3 对半无限钢筋混凝土靶的串联侵彻战斗部设计研究
• 4.2.4 基于对有限厚钢筋混凝土侵彻孔径要求的前级聚能装药设计研究
• 4.3 前级爆轰场对后级的影响关系研究
• 4.3.1 理论分析模型
• 4.3.2 数值模拟
• 4.3.3 分析与结论
• 4.4 后级动能侵彻体增速抛射装置设计与试验研究
• 4.4.1 前言
• 4.4.2 后级动能侵彻体增速抛射模型
• 4.3.3 后级动能侵彻体增速抛射试验
• 4.5 本章小结
• 5 串联侵彻战斗部侵彻钢筋混凝土介质试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验方案
• 5.2.1 串联侵彻战斗部结构
• 5.2.2 靶体设计
• 5.2.3 试验布局
• 5.2.4 串联侵彻战斗部作用过程
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 第一组试验
• 5.3.2 第二组试验
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间撰写及发表的论文