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铝合金板抗杆弹撞击性能研究

魏刚  
【摘要】: 随着现代局部战争对坦克、装甲车辆等机动性、灵活性要求的提高,减轻装甲重量已经成为装甲材料研究的热点。铝合金材料由于其较高的强度密度比,有成为轻质装甲材料的潜力。本文通过穿甲实验和有限元模拟相结合的方法,对两种不同强度国产铝合金材料抵抗杆弹正撞击的能力进行分析研究,为国产铝合金材料在穿甲防护领域的应用提供了具有一定价值的参考。通过材料性能测试,结合文献调研,获得了本文实验所用两种铝合金靶板材料的本构关系和失效模型以及相应模型参数,为有限元仿真研究奠定了基础。 采用轻气炮加速装置,对两种铝合金材料进行杆弹撞击侵彻实验,得到了各种撞击条件下的弹体初始-剩余速度曲线以及弹道极限,对靶板破坏模式及特征进行了比较详细的分析。实验结果表明,较硬铝合金板被平头弹和卵形弹撞击,破坏形式相似,均为正面穿孔,背面剥落为接近圆锥形的坑,且未发生明显结构变形,表现为一定的脆性;在实验速度范围内,较硬铝合金靶抗卵形弹撞击能力强于平头弹撞击。平头弹撞击较软铝合金板,靶板冲塞破坏,发生了明显结构变形。 针对实验工况,利用ABAQUS/EXPLICIT进行了二维轴对称有限元模拟。模拟结果和实验对比,验证了其有效性。通过提取靶板损伤处的单元信息,对每种撞击情况下靶板损伤和破坏机理进行初步分析。较硬铝合金靶板被平头弹撞击贯穿时为剪切破坏,被卵形弹撞击时为拉剪、压剪或者纯拉伸破坏;较软铝合金板被平头弹撞击贯穿时为拉伸破坏。通过平头弹撞击两种强度铝合金材料靶板(相同厚度)数值模拟,发现在加强铝合金穿甲防护能力设计方面,提高靶体的强度并不总是最优的选择,这对于装甲材料的选取非常有参考意义。


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