开题报告-双层药型罩形成串联EFP的数值模拟.docx

开题报告题目名称双层药型罩形成串联EFP的数值模拟题目来源题目类型2导师姓名学生姓名班级学号1211010207专 业弹药工程与爆炸技术一、课题研究背景和意义根据近期的局部战争说明，空中作战能力越强对战争的影响就越大。尤其以武装直升机为代表的具有空中作战能力的武器，它能够和共同协作部队进行很好的配合。武装直升机在战场上的作战能力的提高给反武装直升机武器的设计带来了巨大的困难1-2。EFP战斗部已经作为了新的反武装直升机的武器。爆炸成型弹丸（简称EFP）是利用聚能效应，通过炸药的爆轰作用，使爆轰产物作用于药型罩上，使药型罩的材料发生极大的塑型形变而以致压垮、闭合形成具有很高的弹丸速度和一定形状结构的弹丸，利用动能来毁伤目标。由于能量转换与吸收机制在双层药型罩结构上非常合理，并能够更充分的利用化学能，加强了弹丸的侵彻能力，因此双层EFP技术已经成为国内外EFP战斗部研究的热点之一3-7。双层爆炸成型弹丸和普通EFP不一样，对新型目标的毁伤能力，它能够提供对非常远距离的目标进行侵彻的更深。所以对双层爆炸成型弹丸战斗部在各种情况下的成型过程进行研究的意义是很大的，对我国今后新型武器的研究有很大意义。在这个背景下提出本课题的研究，利用计算机进行数值模拟，对双层爆炸成型弹丸成型的过程进行数值模拟，通过修改影响双层EFP成型过程中的曲率半径、药型罩的材料和药型罩的厚度等参数，逐一进行建模及研究内容进行数值模拟，并进行比较得出最佳方案。最后，选其中三种因素进行优化设计。二、国内外研究现状国外对EFP的早期研究是在1936年左右，美国科学家MONROE在实验中发现了当在装药结构中存在着空穴时，则会使靶板侵彻的深度提高。德国科学家R.W.Wood8在雷管端的空穴处衬有金属铜罩时，当炸药起爆后，铜材料的药型罩能形成高速的小弹丸，且能飞行很远的距离，这种小弹丸可能就是最早的爆炸成型弹丸。为了找到替代串联装药产生两个侵彻体的方法，台湾学者Hong.S.C等 9使用Lagrang算法对双层药型罩的形成过程进行了最初的数值仿真研究，通过仿真工作证实了设计合理的双层药型罩可以分离。H.Sehardin发表了和聚能装药相关的一些资料。Misznay和H.Schardin利用等壁厚和等曲率的药型罩研究出了Misznay-Schardin的装药理论，但在炸高比较大时，它的能力不是很理想10。之后Krolunan提出了变壁厚等曲率的药型罩。根据理论，Carleone和Johnson等人研究出了杆状EFP。Bernrrr和Rondot等人研究并发现了头部为尖拱形、长径比大等爆炸成型弹丸具有很好的气动外形和目标的侵彻能力11-12。Kweimann13通过对质量相同的钽和铁材料进行了试验和数值模拟，发现钽材料形成的EFP比铁材料形成的EFP的侵彻威力大。为了研究侵彻体对水下目标的高效毁伤，Tosello等14对钽镍组合组合的双层球缺罩在水下的运动进行了数值仿真和试验研究，观察到前导侵彻体在水中开出通道，而随进侵彻体可以在通道中运动的现象，因为随进侵彻体避免在水中减速，因此有较强的存速能力，能在水下以较高的速度攻击舰船和潜艇。我国研究EFP是20世纪50年代开始，进行大量的试验研究，积累了一些数据。80年代后，我国通过和国外交流以及实验基础，逐渐对EFP的研究有了进步。影响EFP性能的主要因素有药型罩形状，药型罩材料、药型罩壁厚、装药长径比和起爆方式等。在上世纪80年代初，王秀兰等15就对铜铝双层药型罩进行了试验研究，结果表明，与单铜药型罩相比，双层药型罩的铜所用质量少，而破甲威力可提高20以上。臧涛成等学者通过理论分析和试验研究发现16，双层药型罩的整体密度比单层降低，内罩因阻抗失配而产生更高的入射压力，因此形成射流的速度更高。门建兵等17，对双层药型罩形成的串联EFP的形成进行了实验和数值模拟研究，研究表明：串联EFP战斗部的侵彻深度较单罩战斗部可提高50以上。陶钢18编制了一个计算程序，能够得出组合罩的EFP成型比单一结构的药型罩的EFP成型好。周翔19运用数值模拟研究了EFP速度与药型罩、装药长径比和壳体之间的影响关系。研究表明，随着装药长径比的增大而EFP速度增大，最有效的长径比在1.5倍左右。李润蔚20利用数值模拟研究对药型罩及壳体结构的参数进行了讨论。研究表明，药型罩曲率半径减少时，EFP的长度和速度都会提高，但EFP不能过长，容易断裂。三、课题主要内容1、查阅相关的背景资料（中英文）；2、学习三维建模软件、AUTODYN有限元分析软件； 3、学习爆轰物理学和成型装药相关知识；4、按要求完成毕业设计开题报告；5、完成双层药型罩成型装药的建模工作；6、建立双层药型罩成型装药的有限元分析模型，进行装药参数、药型罩参数对双层药型罩形成串联EFP的分析；7、按照规定正确撰写毕业论文；8、完成10000字符翻译的任务并在附录中将英文原文和翻译的汉语列出。四、研究方案1、研究双层药型罩串联形成EFP的特性，简化出模型并通过建模软件建模；2、利用AUTODYN对双层药型罩串联形EFP进行数值模拟，进行双层罩结构、起爆方式和材料组合对串联形成影响的数值仿真研究；3、对仿真结果进行总结分析，得出这些参数的变化对双层罩形成串联EFP的影响规律。五、进度安排第1周：根据任务书熟悉题目，调研、查阅和收集相关的课题资料。第2周：确定工作内容和研究方法，完成开题报告。第313周：完成双层药型罩成型装药的建模，建立双层药型罩成型装药，对双层药型罩形成串联EFP的过程及影响因素进行分析，第八周提交中期报告。第1415周：整理设计工作，完成毕业论文。第16周：进行毕业答辩。参考文献1 周翔, 龙源. 地雷战斗部爆炸成型弹丸速度影响因素J. 解放军理工大学学报:自然科学版, 2004, 5(4): 61-64.2 尹建平. 弹药学M. 北京理工大学出版社, 2012.3 Pugh E M, Pugh E M. Fundamentals of shaped chargesJ. Applied Physics, 1961.4 郑宇, 王晓鸣, 李文彬. 双层药型罩侵彻 半无限靶板的数值仿真研究J. 南京理工大学学报, 2008, 32(3): 313-317.5 曹兵. EFP对有限厚45#钢板侵彻实验研究J. 火炸药学报, 2007, 30(3): 19-21.6 郭志俊, 张树才, 林勇. 药型罩材料技术发展现状和趋势J. 中国钼业, 2005, 29(4): 40-42.7 李引良, 高天宏, 傅宇雁. 共轴式多罩体EFP战斗部的三维数值仿真研究C. 战斗部与毁伤效率专业委员会第十一届学术交流会论文集. 湖北, 2009, 204-209.8 Wood R W. Optical and physical effects of high explosivesJ. Royal Society of London Proceedings, 1936, 157(891): 249-261.9 Hung SC, Niu YM: Numerical simulation of the multiplayer explosively formed projectile, Proceedings of the 15th International Symposium on BallisticC. Israel, International Ballistics Committee, 1995.10 任辉启, 杨仁华, 吴祥云高效毁伤弹药工程破坏效应研究R总参工程兵科三所，2005.11 Berner C, Fleck V, Warken D. Aerodynamic predictions of optimized: explosively formed penetratorsJ. 17th International Symposium on Ballistic. Midrand: South Africa, 1995: 105-106.12 Rodot F. Performance of aerodynamically optionmized EFP simulationJ. 17th International Symposium on BallisticMidrand: South Africa, 1998: 81-88.13 Weimannk, Blaehe A. Terminal ballistics of EFP with high-ratioJ. 17th International Symposium on Ballistic. Midrang: South Africa, 1998: 215-224.14 Tosello R, Vives M, Tronche A. Twin EFPs for underwater applications，Proceedings of the 15th International Symposium on BallisticUSA，International Ballistics Committee，1997.15 王映俊. 铜铝复合药型罩破甲性能的试验研究C/ 中国兵工学会火箭导弹学会八五年年会, 1985.16 臧涛成, 贾建新, 黄丽宏. 用聚能装药多层药型罩提高射流速度的研究J. 弹道学报, 1995(2): 78-82.17 门建兵, 蒋建伟, 杨军. 串联EFP形成与侵彻的数值模拟及实验研究J. 北京理工大学学报, 2010, 30(4): 383-386.18 陶钢, 石连捷. 自锻破片战斗部药形罩设计探讨J. 弹箭与制导学报, 1995(3): 37-42.19 周翔, 龙源, 岳小兵,等. 一种基于能量法则的爆炸成形弹丸速度的工程计算方法J. 爆炸与冲击, 2005, 25(4): 37