长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃/侵彻特性

界面击溃/驻留效应可以有效提高装甲陶瓷的抗侵彻能力。为研究长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃及侵彻特性,开展了长杆弹撞击装甲陶瓷实验研究。同时,基于裂纹扩展理论建立了考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷计算模型,以定量描述界面击溃/驻留效应对装甲陶瓷抗侵彻性能的影响。不同弹靶条件下的界面击溃/侵彻转变速度、界面驻留时间、侵彻速度与侵彻深度的理论计算值与实验结果具有较好的一致性,表明计算模型可靠。在此基础上,分析了弹体及陶瓷材料对界面击溃/驻留及侵彻过程的影响规律。研究结果表明:随着弹体撞击速度的提高,陶瓷表面由界面击溃向侵彻转变。考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷理论模型,可以较好地反映不同弹体撞击速度对应的弹靶作用模式。弹体材料的屈服强度和密度越高,界面驻留时间越短,弹体侵彻靶体的能力越强;陶瓷的屈服强度越高,界面击溃/驻留效应越显著,靶体的抗侵彻能力越强。考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷理论模型揭示了部分界面击溃作用机理,可为陶瓷复合靶的设计提供参考。     

装甲陶瓷的界面击溃效应

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制及其研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足, 提出了关于未来研究方向的建议.      

Interface defeat of ceramic armor

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制及其研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足, 提出了关于未来研究方向的建议.     

装甲陶瓷界面击溃效应研究

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制的研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.     

装甲陶瓷界面击溃效应研究

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制的研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.     

装甲陶瓷的界面击溃效应

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制及其研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.     

装甲陶瓷界面击溃效应研究

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制的研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.     

尖锥头长杆弹侵彻的界面击溃分析

在Alekseevski-Tate模型基础上, 理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程, 分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式; 随后分析弹体的动能损失, 讨论半锥角对弹体动能损失的影响. 通过分析小子弹撞击陶瓷/金属复合靶板的例子, 验证了该理论的正确性, 并对比分析了尖锥头长杆弹与小子弹及平头长杆弹在界面击溃中动能损失之间的差异.      

基于Visco-SCRAM模型的侵彻装药点火研究

针对弹体侵彻过程中装药的安全性,基于黏弹性统计裂纹力学(visco-statistical crack mechanics, Visco-SCRAM)模型计算装药整体温升、装药裂纹摩擦生热以及弹体装药与壳体摩擦生热,考察这3种机制对装药温升的贡献以及侵彻装药的点火机制,得到了装药点火对应的弹体侵彻临界初始速度。结果表明:(1)装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献,随着弹体初始撞击速度的提高,摩擦生热对温升的贡献逐渐增大;(2)黏性、损伤和绝热体积变化导致的装药整体温升对装药点火的作用有限; (3)裂纹摩擦形成热点是侵彻装药点火的物理机制;(4)采用Visco-SCRAM模型可预测低强度、长脉冲载荷作用下的装药点火响应。     

仿生结构陶瓷金属复合板抗冲击性能数值研究

复杂组合形式的仿生结构往往具有比单一结构更为优异的性能,为了探索仿生结构陶瓷金属复合板的抗冲击性能,建立了陶瓷金属复合板模型,考虑了砖砌式与龟甲式仿生结构,分别模拟了传统陶瓷金属复合板与仿生结构陶瓷金属复合板受弹体高速冲击的过程。通过对比侵彻各结构复合板后的弹体残余速度,得到了仿生结构陶瓷金属复合板在抗冲击性能上要优于传统陶瓷金属复合板的结论,并进一步通过对比分析了侵彻过程中的弹体剩余速度、陶瓷板损伤情况以及各层板能量损耗结果,分析结果表明：仿生结构较传统结构有局部更为严重的裂纹损伤,并且底层陶瓷板具有更大的陶瓷损伤锥角;仿生结构较传统结构的各层板耗散了更多的能量并且延长了弹体的有效侵彻时间;黏接层能够进一步抑制仿生结构的裂纹扩展和损伤范围。     

卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析

以破爆型串联战斗部后级随进弹对预开孔靶侵彻过程为研究对象,基于锥形预开孔和库仑摩擦模型,发展完善了包括扩孔/开坑和稳定侵彻的卵形弹体侵彻预开孔靶理论模型。分别对该模型在侵彻脆性和弹塑性靶体的有效性进行了实验验证。利用该模型分析了弹头曲径比、预开孔直径、预开孔形状等对侵彻结果的影响。研究结果表明:发展完善的模型计算结果与实验数据吻合较好。柱形开孔情况下,侵彻速度、弹头曲径比及相对孔径同侵彻深度呈正比;在侵彻容积相同的条件下,弹体侵彻预开锥孔的侵深结果与锥角及相对入孔孔径变化关系较大。     

混凝土靶侵彻过程中空腔膨胀响应分区

利用LS-DYNA有限元软件对刚性弹正侵彻混凝土靶进行数值模拟,以混凝土极限压应变和极限拉应变两阈值为依据,对侵彻过程中混凝土靶空腔膨胀响应区域进行了识别划分,得到了侵彻过程中混凝土各响应区的区域大小。另外,还讨论了弹体侵彻速度对混凝土粉碎区和破裂区的影响,以及粉碎区和破裂区边界膨胀速度分别与侵彻速度的关系。计算结果表明,随着弹体侵彻速度的增大,混凝土粉碎区和破裂区界面速度都增大,粉碎区半径增大,而破裂区半径却减小;当侵彻速度达到某一特定值时,破裂区将会消失。     

刻槽弹侵彻混凝土受力模型研究

利用混凝土材料的动态球形空腔膨胀理论,建立了针对刻槽弹体的低速花瓣形受力模型和高速圆孔形受力模型,并采用这两种模型计算了刻槽弹体侵彻混凝土的侵深。结果表明:当初速低于1 000 m/s时,运用低速花瓣形受力模型计算得出的侵深和实验值的误差小于11%;当初速高于1 000 m/s时,运用高速圆孔形受力模型计算出的侵深和实验值的误差约为20%。综合实验过程和实验误差分析可知,建立的刻槽弹侵彻混凝土受力模型可用于刻槽弹对混凝土的侵彻能力分析。     

钨合金弹体对混凝土靶的超高速侵彻机理

为研究钨合金弹体超高速侵彻混凝土靶的相关机理,构建了适用于超高速撞击的金属强度模型、失效模型和混凝土的本构模型,对93钨合金弹体超高速撞击混凝土靶问题进行了数值模拟。开展了钨合金弹体超高速撞击混凝土靶实验,分析了靶板成坑特性,研究了侵彻总深度和残余弹体长度随撞击速度的变化规律,理论分析了长杆钨弹超高速撞击混凝土的侵彻模型和混凝土靶内的应力波传播。得到以下主要结论:（1）利用金属及混凝土的新本构模型获得的超高速撞击混凝土靶的破坏形貌数值模拟结果与实验结果一致;（2）超高速撞击条件下混凝土靶成坑为“弹坑＋弹洞”形,成坑体积与弹体动能近似成正比;（3）超高速撞击条件下,侵彻深度随弹速提高呈现先增大后减小的现象,高速段侵深降低是弹体经历销蚀侵彻后“刚体侵彻阶段”减少造成的;（4）建立的钨合金超高速撞击混凝土侵彻分析模型,可用来预估侵彻深度、残余弹长、蘑菇头直径等参数;（5）采用建立的超高速撞击混凝土靶内应力波传播理论模型得到的计算结果与实验结果吻合较好。     

混凝土靶体计及压实效应的球腔动态膨胀模型和侵彻计算

建立了一混凝土靶体的球腔动态膨胀的侵彻模型。靶体的静水压力一体积应变关系考虑了不同的密实混凝土模型。也研究了混凝土作为多孔材料在高压下的压实效应。混凝土有拉伸强度极限值，其剪切强度与压力相关为Mohr—Coulomb定律。球腔动态膨胀模型考虑球对称空腔在无限介质里从零半径开始以常速度膨胀，产生一塑性区和一弹性区。当膨胀速度足够小时，由于介质的低拉伸强度，塑性区和弹性区之间可存在一径向裂纹区。可由解析方法获得空腔表面压力和弹塑性区界面传播速度随空腔表面扩张速度变化的曲线，再由球腔动态膨胀模型所得的空腔表面压力分布用于计算混凝土靶体的刚性杆弹侵彻深度。本文模型的计算结果与经验公式，不可压缩和线性可压缩混凝土模型的进行了比较。     

基于局部相互作用理论的侵彻弹头部形状优化及仿真

以局部相互作用理论为基础,引入与弹体头部形状相关的开坑计算方法和归一化弹体头部形状方程,给出了任意头部形状弹体侵彻混凝土深度的计算模型。利用最大侵深法,得到了无量纲头部形状控制参数表达式及经典变分头部形状优化设计方法。理论计算及弹靶分离仿真模拟计算结果与实验结果吻合较好。研究结果表明:弹体头部相对半径较小时,球头锥形和球头卵形弹体优化后得到的头部形状分别为尖头锥形和尖头卵形;优化截头弹体的侵彻深度大于优化尖头弹体,而优化截锥形弹体的侵彻深度最大;弹体头部形状对弹体侵彻过载的影响显著,优化弹体头部形状可以有效地提高侵彻深度。