高过载火工品模拟实验的研究现状

在1946年美国新墨西哥州成功制造了第一门利用轻质气体-氦气作为工作介质的一级空气炮[28]。此外,基于弹丸发射原理。


1、火工品加速度过载实验的研究进展

1.1、 国外火工品加速度过载实验研究现状

Christopher[6]利用落球碰撞实验装置,测试了MK432引信在高达3万多g的加速度过载环境下的失效损伤。美国SNL实验室的Forrestal M J、Frew D J等[7-10]对侵彻钢板和混凝土过程中弹载火工品的过载特性进行了大量的实验研究,并从空腔膨胀理论出发,计算了碰撞、侵彻过程中弹体中火工品的过载特性。

1.2、 国内火工品加速度过载实验研究现状

国内研究人员也对火工品的动态过载特性进行了深入研究。邓强[11]采用波形整形技术,改变了加载波形,降低了波的弥散效应,得到了更靠近常应变率的动态加载条件,真实的、客观的反映了火工品实际加载环境。王娜[4]分析了高过载环境下火工品的受力情况,得到了火工品组件的动态应力、动态应变、动态应变率与时间、速度、过载加速度之间的关系曲线。同时,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行了模拟仿真,得到了冲击波加载过程中火工品的应力分布云图、应力值、过载加速度-时间曲线、应力-时间等曲线。刘卫[2]通过建立与冲击过载强度、次数与作用时间的损伤等效模型和试验方法,比较好地解决了霍普金森压杆和空气炮模拟试验方法的不足。王艳华[12]先从理论上剖析了弹丸、火工品在发射和着靶时的受力关系。接着,比较了马歇特锤击试验方法、霍普金森压杆应力波加载试验方法、空气炮等常用的高过载试验模拟方法,得出空气炮过载实验与实弹实验具有一致性和科学性。最后,针对火工品尺寸与其过载能力之间的关系,应用有限元数值模拟仿真技术ANSYS10.0/LS-DYNA进行模拟仿真,并对比试验过载情况,得到火工品的加速度-时间曲线。李计林,徐文峥[13]在理论上分析了弹体侵彻模型及弹体中的火工品的应力波加载机理。

2、 利用霍普金森压杆测试火工品过载的研究进展

2.1、 国外利用霍普金森压杆测试火工品过载的研究现状

分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)技术是由Kolsky Hopkinson[14]创造的。在此基础上,又分别延伸出分离式霍普金森拉杆(tension,SHTB)[15-17]和分离式霍普金森扭杆(torsion,SHToB)[18, 19]技术。而将分离式霍普金森压杆实验装置中的透射杆去掉所构成的自由式霍普金森压杆技术(Free Hopkinson pressure bar,FHPB)则已经成为高g值加速度传感器的标准标定实验技术。Sill R D等人[20]是首次把自由式霍普金森压杆实验技术应用于高g值加速度传感器校准标定研究的人员。

为了评估火工品在高过载环境下的安全性和可靠性,最近,Glance P[21]和White H G[22]分别介绍了利用霍普金森压杆技术测试引信在高g值下的可靠性的方法。

2.2、 国内利用霍普金森压杆测试火工品过载的研究现状

王娜等人[23]应用霍普金森压杆测试火工品过载,并进行了数值模拟仿真,验证了该试验得到的一系列结论,证明了这种测试方法的可行性。王培勇等人[24]应用霍普金森压杆对针刺火工品的壳体形变进行了研究,并用 ANSYS/LS-DYNA 大型有限元分析软件进行数值模拟,得到了耐高过载针刺火工品壳体形变变化规律。张学舜等人[25]利用霍普金森压杆对典型火工品进行自由式应力波加载,检测了火工品在30000g-250000g过载范围内的安全性,并运用ANSYS10.0/LS-DYNA进行了数值模拟仿真。这些研究表明,利用霍普金森压杆能够形成高过载环境,从而实现对火工品过载能力的测试。

刘虎[26]利用分离式霍普金森压杆对半导体桥火工品模拟样品进行了过载实验。张周梅[27]应用分离式霍普金森压杆对针刺延期火工品性能进行了过载冲击实验,结果表明过载后能量输出变化不大,但是装药界面发生了位移,发火感度降低,延期时间变短。上述实验结果评估了火工品在高过载环境下的可靠性和安全性,但由于本身忽略了霍普金森压杆过载实验技术可能存在的技术问题,如弥散效应引起的加速度计算误差、实验加速度脉宽远小于实弹过载下的加速度脉宽等。因此,实验结果的应用范围受到了一定的限制。