溫?cái)D壓紫銅藥型罩形成射流及其運(yùn)動(dòng)特性研究.pdf

1、眾多有關(guān)聚能射流的研究表明，射流的侵徹能力是與連續(xù)射流的長(zhǎng)度成正比的，因此，近年來(lái)大量的研究從聚能裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、藥型罩材料以及制備工藝、射流斷裂過(guò)程等多方面探索了延長(zhǎng)連續(xù)射流長(zhǎng)度的可能性以期有效提高射流侵徹能力。本文從實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和有限元數(shù)值分析等三個(gè)方面對(duì)紫銅藥型罩及其射流運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。研究說(shuō)明，采用溫?cái)D壓方法并有效控制微觀組織狀態(tài)對(duì)于提高射流侵徹能力是有幫助的，合理的控制射流形成時(shí)的初始速度梯度分布是影響射流破

2、甲能力的關(guān)鍵因素，有擾動(dòng)射流運(yùn)動(dòng)過(guò)程截面面積分布的數(shù)值解解釋了射流在不同初始速度條件下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與斷裂趨勢(shì)，該理論研究成果可應(yīng)用于預(yù)測(cè)和控制射流運(yùn)動(dòng)形態(tài)的進(jìn)一步研究。本文的主要工作包括：
　　 ⑴實(shí)驗(yàn)研究了紫銅在溫成形溫度范圍內(nèi)變形參數(shù)與晶粒度之間的關(guān)系，分析了成形溫度、變形量等工藝參數(shù)對(duì)微觀組織的影響規(guī)律。確定了紫銅的溫?cái)D壓成形工藝條件，并首次采用溫?cái)D壓成形方法獲得了微觀組織細(xì)致均勻的紫銅藥型罩。
　　 ⑵采用靜破甲穿

3、深實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了新型溫?cái)D壓藥型罩與常用的旋壓罩、雙金屬藥型罩的侵徹能力對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于良好地控制了微觀組織狀態(tài)，新型溫?cái)D壓罩在在侵徹能力方面達(dá)到了與傳統(tǒng)的旋壓藥型罩以及某新型復(fù)合藥型罩相當(dāng)?shù)乃?，也就是說(shuō)，采用溫?cái)D壓工藝制備藥型罩并控制其微觀組織狀態(tài)對(duì)于提高射流侵徹能力的是有作用的。
　　 ⑶采用ANSYS/LS_DYNA分別對(duì)單錐與雙錐藥型罩聚能裝藥結(jié)構(gòu)形成射流的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)內(nèi)外表層節(jié)點(diǎn)軌跡跟蹤發(fā)現(xiàn)，藥型罩

4、在爆轟作用下垮塌過(guò)程中，罩外表面一側(cè)的金屬匯聚形成射流的杵體而內(nèi)側(cè)的金屬形成射流。通過(guò)提取射流頭部達(dá)到最大速度時(shí)刻沿射流與杵體軸線上的質(zhì)點(diǎn)速度分布，擬合出射流完全形成時(shí)刻軸線上的速度分布曲線。
　　 ⑷分別模擬了兩種幾何形態(tài)射流在不同初始速度分布條件下的拉伸及斷裂過(guò)程。從射流斷裂前時(shí)間以及斷裂形態(tài)對(duì)比可以得出結(jié)論，在射流速度梯度最大的部位，射流橫截面積迅速減小因而易出現(xiàn)斷裂；四種初始速度條件下，二次、三次初始速度時(shí)射流斷裂前時(shí)間

5、最短，而線性初始速度時(shí)斷裂前時(shí)間最長(zhǎng)。較為特殊的是1/2次冪函數(shù)初始速度條件，此時(shí)射流斷裂首先出現(xiàn)在速度較低的尾部，逐漸向高速端斷裂，因此斷裂出現(xiàn)后很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)射流頭部依然保持了良好的連續(xù)性。上述分析也說(shuō)明，射流的初始速度梯度分布狀態(tài)是影響射流拉伸以及斷裂形態(tài)的主要因素。
　　 ⑸假定射流為一定長(zhǎng)度的等截面直桿，本文給出了射流運(yùn)動(dòng)控制方程，推導(dǎo)得到了以射流橫截面面積為目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)動(dòng)方程。結(jié)合紫銅材料的相關(guān)參數(shù)，采用差分法對(duì)線性、

6、二次、三次以及1/2次冪函數(shù)等四種初始速度分布情況下射流運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值求解，分析了不同初始速度梯度條件下射流橫截面面積變化規(guī)律。分析表明，線性初始速度條件下，射流呈均勻伸長(zhǎng)；二次、三次初始速度條件下，射流呈頭細(xì)尾粗狀態(tài)伸長(zhǎng)；1/2 次冪函數(shù)初始速度條件下，射流呈頭粗尾細(xì)狀態(tài)伸長(zhǎng)。
　　 ⑹進(jìn)一步的擾動(dòng)分析表明，射流對(duì)于初始擾動(dòng)是敏感的。擾動(dòng)在射流運(yùn)動(dòng)初期表現(xiàn)為，射流截面面積分布曲線沿?zé)o擾動(dòng)曲線做近似周期振蕩，隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間以及初

7、始擾動(dòng)的增大，逐漸偏離無(wú)擾動(dòng)曲線，振幅逐漸增大；二次、三次初始速度條件下，擾動(dòng)主要影響的是射流頭部；1/2 次冪函數(shù)初始速度條件下，擾動(dòng)的影響主要集中在射流尾部。本文進(jìn)行的理論分析獲得了射流運(yùn)動(dòng)過(guò)程截面面積分布的數(shù)值解，研究結(jié)果反映的射流形態(tài)及斷裂趨勢(shì)與前述數(shù)值模擬結(jié)果相一致，很好地解釋了射流在不同初始速度條件下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與斷裂趨勢(shì)，作為主要的理論研究成果可應(yīng)用于預(yù)測(cè)和控制射流運(yùn)動(dòng)形態(tài)的進(jìn)一步研究。本文構(gòu)造的冪函數(shù)形式初始速度場(chǎng)，由于改