溫擠壓紫銅藥型罩形成射流及其運動特性研究.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)射流的長度成正比的，因此，近年來大量的研究從聚能裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計、藥型罩材料以及制備工藝、射流斷裂過程等多方面探索了延長連續(xù)射流長度的可能性以期有效提高射流侵徹能力。本文從實驗研究、理論分析和有限元數(shù)值分析等三個方面對紫銅藥型罩及其射流運動特性進行了系統(tǒng)深入的研究。研究說明，采用溫擠壓方法并有效控制微觀組織狀態(tài)對于提高射流侵徹能力是有幫助的，合理的控制射流形成時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，有擾動射流運動過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動形態(tài)與斷裂趨勢，該理論研究成果可應(yīng)用于預(yù)測和控制射流運動形態(tài)的進一步研究。本文的主要工作包括：
　　 ⑴實驗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)對微觀組織的影響規(guī)律。確定了紫銅的溫擠壓成形工藝條件，并首次采用溫擠壓成形方法獲得了微觀組織細致均勻的紫銅藥型罩。
　　 ⑵采用靜破甲穿

3、深實驗進行了新型溫擠壓藥型罩與常用的旋壓罩、雙金屬藥型罩的侵徹能力對比分析。實驗結(jié)果表明，由于良好地控制了微觀組織狀態(tài)，新型溫擠壓罩在在侵徹能力方面達到了與傳統(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，采用溫擠壓工藝制備藥型罩并控制其微觀組織狀態(tài)對于提高射流侵徹能力的是有作用的。
　　 ⑶采用ANSYS/LS_DYNA分別對單錐與雙錐藥型罩聚能裝藥結(jié)構(gòu)形成射流的過程進行了數(shù)值模擬。通過內(nèi)外表層節(jié)點軌跡跟蹤發(fā)現(xiàn)，藥型罩

4、在爆轟作用下垮塌過程中，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。通過提取射流頭部達到最大速度時刻沿射流與杵體軸線上的質(zhì)點速度分布，擬合出射流完全形成時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程。從射流斷裂前時間以及斷裂形態(tài)對比可以得出結(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、三次初始速度時射流斷裂前時間

5、最短，而線性初始速度時斷裂前時間最長。較為特殊的是1/2次冪函數(shù)初始速度條件，此時射流斷裂首先出現(xiàn)在速度較低的尾部，逐漸向高速端斷裂，因此斷裂出現(xiàn)后很長的時間內(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假定射流為一定長度的等截面直桿，本文給出了射流運動控制方程，推導(dǎo)得到了以射流橫截面面積為目標(biāo)函數(shù)的運動方程。結(jié)合紫銅材料的相關(guān)參數(shù)，采用差分法對線性、

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動過程進行了數(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；二次、三次初始速度條件下，射流呈頭細尾粗狀態(tài)伸長；1/2 次冪函數(shù)初始速度條件下，射流呈頭粗尾細狀態(tài)伸長。
　　 ⑹進一步的擾動分析表明，射流對于初始擾動是敏感的。擾動在射流運動初期表現(xiàn)為，射流截面面積分布曲線沿?zé)o擾動曲線做近似周期振蕩，隨運動時間以及初

7、始擾動的增大，逐漸偏離無擾動曲線，振幅逐漸增大；二次、三次初始速度條件下，擾動主要影響的是射流頭部；1/2 次冪函數(shù)初始速度條件下，擾動的影響主要集中在射流尾部。本文進行的理論分析獲得了射流運動過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動形態(tài)與斷裂趨勢，作為主要的理論研究成果可應(yīng)用于預(yù)測和控制射流運動形態(tài)的進一步研究。本文構(gòu)造的冪函數(shù)形式初始速度場，由于改