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长杆弹撞击下金属靶板侵彻与穿透的进一步研究

何雨  
【摘要】:本文对长杆弹撞击下金属靶板侵彻与穿透的问题作了进一步研究。对长杆弹高速侵彻下半无限金属靶中开坑问题进行了分析,结合理论分析和实验数据研究了侵彻过程中弹体头部的形状变化;建立了靶体中的开坑模型,很好地预测了开坑半径;研究了有限靶板在长杆弹高速撞击下的穿透问题;探讨了长杆弹高速侵彻第三阶段的侵彻机理,并在新的一维长杆弹侵彻模型基础上,推导了弹体消蚀碎片形成二次侵彻的临界条件,建立了二次侵彻的理论分析模型;在A-T模型的基础上,分析了材料可压缩性对长杆弹高速侵彻的影响;建立了平头弹撞击贯穿中厚靶的塑性波理论模型,着重分析了弹体变形对弹道极限、残余速度的影响。本文主要研究内容和结果如下: 1.半无限金属靶在长杆弹高速侵彻下的开坑理论模型 通过两种不同方法分析了半无限金属靶在长杆弹高速侵彻下的开坑过程及最终开坑半径。方法1运用弹体头部控制域内弹体材料质量、动量和能量守恒定律,考虑弹体材料因进入控制域后由刚体状态转化为近似流体状态而耗散的能量,建立了相应的理论分析模型;方法2利用流线反转模型和力平衡方法分析了弹体头部消蚀材料的运动轨迹,同时结合数值模拟和实验X光照片,得出了弹体头部的几何形状,并通过能量守恒定律给出了靶体中最终的开坑半径。模型预测与实验结果吻合得较好。 2.长杆弹高速侵彻半无限金属靶第三阶段的侵彻机理分析 探讨了长杆弹高速侵彻第三阶段的侵彻机理,认为弹体碎片形成的薄壁管是造成二次侵彻的主要原因,并给出了碎片二次侵彻的临界条件;在等效密度模型的基础上,建立了二次侵彻的理论模型。 3.半无限金属靶在夹心弹高速侵彻下的理论模型 分析了在夹心弹高速侵彻半无限金属靶过程中,弹体保持co-erosion状态的临界条件,并将均值长杆弹在靶体中的开坑模型推广至夹心弹,给出了夹心弹侵彻半无限靶的开坑半径和侵彻深度,理论预测与实验结果吻合较好。 4.长杆弹高速侵彻半无限金属靶的工程模型长杆弹初始动能的耗散主要分为三部分:一部分被靶体塑性变形耗散,形成靶体开坑;一部分被弹体自身消蚀耗散;还有一部分动能残留在弹体碎片中。基于能量守恒定律,建立了长杆弹对半无限金属靶侵彻深度的工程模型,模型预测与实验结果吻合得很好。 5.有限厚金属靶板在长杆弹高速撞击下的穿透模型 把弹体穿透有限靶板的过程分为侵彻、塞块形成和塞块滑出及分离三个阶段,结合新的一维长杆弹侵彻理论和绝热剪切冲塞模型建立了长杆弹高速垂直侵彻穿透有限金属靶板的分析模型。与实验结果对比表明,模型能较好地预测靶体弹道极限速度、弹体残余速度和弹体残余长度。 6.可压缩性对长杆弹高速侵彻的影响在A-T模型基础上采用了Murnaghan状态方程来描述材料密度与压力的关系;建立了考虑材料可压缩性的一维侵彻模型。与经典的A-T模型进行了比较,由于材料的可压缩性影响,弹靶界面处的压力、弹靶密度随着撞击速度的增加将显著地提高。 7.中厚金属靶在平头弹丸撞击下穿透的塑性波理论模型 采用塑性波理论分析了平头弹撞击穿透中厚金属靶板过程中的三种响应模式,即刚体弹、变形弹、消蚀弹;引入唯象热粘塑性本构模型,并结合剪切带宽度两阶段模型建立了平头弹丸撞击穿透中厚靶的理论模型。与实验结果比较表明,模型能很好地预测弹道极限速度和残余速度。


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