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超高速破片对防护靶作用效应研究

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爆炸破片对防护液舱的穿透效应

爆炸破片对防护液舱的穿透效应
有 明 显 的叠 加 效 应 ， 高 压 区 域 的位 置 与 破 片 间 距 有 关 ， 冲 击 波 压 力 峰值 和 液 舱 内 板 受 到 的 压 力 大 于 ２ 倍 的 单 发破片打击 情况 。 关键词 ： 爆炸力学 ； 叠加效应 ； 破片； 防护 液 舱 ； 穿甲
中 图分 类号 ： Ｏ３ ８ ５ 国 标 学 科 代 码 ：１ ３ ０ ３ ５ ２ ０ 文献标志码 ： Ａ
爆 炸破 片对 防护 液 舱 的 穿透 效 应
孔祥韶 ， 吴卫国， 李 俊， 李晓彬， 徐双喜
（ 武 汉理工大学交通学 院， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ ）
摘要： 分 别 对 单 发 破 片 和 双 发 破 片 同 时 穿 透 液 舱 的过 程 进 行 了 数 值 计 算 ， 提 出 了 破 片 穿 透 液 舱 的 ５个 典 型过程 ， 分 析 了破 片 速 度 的 衰 减 规 律 、 液 舱 内 板 的 响 应 及 舱 内液 体 中 冲击 波压 力 的 叠 加 效 应 。结 果 表 明 ： 破 片 穿 透 液 舱 的过 程 中产 生 的 冲 击 波 和 局 部 压 力 将 作 用 在 液 舱 内板 上 ， 双 发 破 片 打 击 时 液 体 内 部 产 生 的 冲击 波
破 片质 量 的计算 最 常用 的是 Ｍｏ ｔ ｔ 公式 ：
２ Ｋ
一
（ ｏ＋ ｄ １ ） 。 （ １＋ ２ ７ ＂ ／ ／ ｍ ）
— — — — — — — 一
，
—
—
—
＊
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ５ — ０ ３ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ８ — ０ ２
第３ ３卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 ９ 月

超高速破片发射系统内弹道参数设计及验证

超高速破片发射系统内弹道参数设计及验证
第 ３９ 卷 第 ６ 期 ２０１９ 年 １２ 月
Ｊｏｕｒ西ｎａ ｌｏ安ｆ Ｘｉ工’ａｎ Ｔ业ｅｃ ｈｎ大ｏｌ ｏｇｉ学ｃａ ｌＵ学ｎｉ ｖｅ报ｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１９
ＤＯＩ：１０．１６１８５／ｊ．ｊｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．２０１９．０６．００７
６６４
西 安 工 业 大 学 学 报 第 ３９ 卷
超高速破片发射系统主要用于提供外形较规 则 的 高 速 运 动 预 制 破 片 ，模 拟 弹 药 爆 炸 产 生 的 高 速 弹 片 ，在 弹 药 安 全 性 领 域 用 于 研 究 战 场 环 境 下 弹 药 受高速弹片直接撞击作用时的可能响应及破坏模 式，并依据试验结 果，对 弹 药 进 行 安 全 性 评 价 及 确 定弹药实际贮存与使用状态下应采取的安全防护 措施 。 ［１］ 超高速 破 片 发 射 系 统 是 目 前 弹 药 安 全 性 试 验 中 急 需 的 一 种 试 验 平 台 ，目 前 超 高 速 破 片 发 射 系 统 主 要 有 火 炮 发 射 系 统 、电 磁 炮 、轻 气 炮 、爆 炸 发 射 装 置 等。但 电 磁 炮 成 本 高，技 术 不 够 成 熟；轻 气 炮操作复杂，不便 于 移 动，对 大 当 量 战 斗 部 射 击 时 防 护 难 度 大 ；爆 炸 发 射 装 置 难 以 精 确 控 制 破 片 的 速 度和方向，因此火 炮 发 射 系 统 （以 下 简 称 破 片 发 射 系统）以其操作 简 单、运 输 方 便、射 击 精 度 高、成 本 低 等 优 点 ，成 为 目 前 主 要 的 破 片 发 射 试 验 平 台 。 破 片 发 射 系 统 的 基 本 组 成 为 破 片 发 射 加 载 平 台 、满 足 发 射 要 求 的 装 药 、包 覆 破 片 的 弹 丸 。 用 破 片 加 载 装 置发射破片弹丸来毁伤目标的机制主要为高速破 片 直 接 撞 击 目 标 的 杀 伤 作 用 ，依 靠 破 片 动 能 杀 伤 目 标，而非冲击波超压杀伤目标形式 。 ［２］ 目前国 内 外 暂无对破片发射系统详尽研究的相关论文和资料， 常规弹药的内弹道仿真是针对某一特定口径和相 应 发 射 药 计 算 出 对 应 的 内 弹 道 结 果 ，而 在 弹 药 破 片 撞 击 安 全 性 试 验 时 ，破 片 速 度 和 质 量 是 重 要 的 考 核 指标［３?４］，根据试验对破片速度和质量的不 同 需 求， 破片速度从１０００ｍ·ｓ－１～２７００ｍ·ｓ－１，质 量 从 几克到上百克，若 要 满 足 试 验 需 求，就 需 要 不 断 的 调 整 装 药 结 构 和 弹 丸 质 量 ，以 期 达 到 所 需 的 破 片 质 量 和 速 度 ，因 此 设 计 开 发 符 合 超 高 速 破 片 发 射 系 统 的 专 用 内 弹 道 程 序 ，能 够 通 过 不 断 改 变 内 弹 道 参 数 进行准确的破片速度仿真估算就显得尤为重要。

复合防破片板防护性能分析及数值模拟的开题报告

复合防破片板防护性能分析及数值模拟的开题报告

复合防破片板防护性能分析及数值模拟的开题报告
一、研究背景
随着现代军事技术的不断发展，装甲车辆和防护设备对防护性能要求越来越高。

而防破片板作为其中的一种被广泛应用于车载防护系统和工程防护中。

由于单一材料的防护能力有限，近年来出现了一种新型的复合防破片板，由多种材料层叠组成，可提高整体防护效果。

本研究将对复合防破片板的防护性能及其相关因素进行深入探讨。

二、研究内容
本研究将通过实验和数值模拟的方法，探究复合防破片板的防护性能及其相关因素。

具体研究内容如下：
1. 对不同构造的复合防破片板进行静态试验，测定其防护性能，并分析其构造对防护能力的影响。

2. 对复合防破片板进行动态试验，比较其与单一材料的防护板的防护能力，评估其动态防护性能。

3. 基于有限元模拟，模拟复合防破片板在高速冲击作用下的应变变化，分析其应力分布、变形和破坏模式。

4. 探究复合防破片板的材料组成对防护性能的影响，分析不同材料间的界面效应。

三、研究意义
本研究旨在深入探讨复合防破片板的防护性能及其相关因素，为研制更加优秀的防护材料提供科学依据。

其将有助于优化复合防破片板的构造及材料组成，提高其整体防护性能，对提高我国的装甲车辆、工程防护等领域的防护水平具有重要的意义。

四、研究方案
本研究计划在实验室内进行静态和动态试验，建立数值模型对复合防破片板的应变变化、应力分布、变形和破坏模式进行数值模拟，以探究不同材料间的界面效应和材料组成对防护性能的影响。

五、预期结果
预计本研究能够深入了解复合防破片板的防护机理和相关因素，提高复合防破片板的整体防护性能，为我国的军事防护领域的技术发展做出一定的贡献。

轻型合金超高速冲击防护性能和失效机理研究进展

轻型合金超高速冲击防护性能和失效机理研究进展

包 装 工 程第44卷 第21期 ·24·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-10-07基金项目：国家自然科学基金重点专项（U22A20188）；国家自然科学基金（51974196，12302479）；山西省科技重大专项（202101120401008）；山西省基础研究计划（20210302124691） 轻型合金超高速冲击防护性能和失效机理研究进展张晓琼1，王涛1,2*（1.太原理工大学 机械与运载工程学院，太原 030024；2.太原理工大学 金属成形技术与重型装备全国重点实验室，太原 030024）摘要：目的 系统总结目前关于轻型金属合金及其复合层板在超高速冲击载荷作用下的冲击损伤模式和失效机理研究进展。

方法 搜集整理大量有关研究文献，从实验技术、轻型合金的超高速冲击下可视性的实验现象，以及高应变率加载条件下材料的微观组织结构演化机理三方面对最新研究进展进行梳理与总结。

结论 指出了目前轻型合金超高速冲击性能研究中的不足，并提出了未来研究方向的建议，为该领域轻质防护结构设计未来的研究方向提供了参考。

关键词：铝合金；镁合金；钛合金；超高速撞击；Whipple 结构；冲击防护；失效机理 中图分类号：TB484；O389 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0024-12 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.004Research Progress on Hyper Velocity Impact Protection and FailureMechanism of Lightweight AlloyZHANG Xiao-qiong 1, WANG Tao 1,2*(1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2. State Key Laboratory of Metal Forming Technology and Heavy Equipment, Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024, China) ABSTRACT: The work aims to summarize the current research progress on impact damage modes and failure mechanisms of light metal alloys and composite laminates subject to hyper velocity impact loads. A large amount of relevant literature was collected and summarized and the latest research progress was sorted out and summarized from experimental techniques, experimental phenomena of visibility of light alloys under hyper velocity impact, and microstructure evolution mechanism of materials under high strain rate load. The shortcomings of current research on hyper velocity impact properties of light alloys are pointed out and some suggestions are put forward for future research directions, which can provide reference for future research directions of lightweight protective structure design in this field.KEY WORDS: aluminum alloy; magnesium alloy; titanium alloy; hyper velocity impact; Whipple structure; impact protection; failure mechanism在航空航天等领域中开展先进结构的设计时需要考虑材料的4类特性：性能、成形性、环保以及成本[1]。

活性破片作用屏蔽装药引爆增强效应研究

活性破片作用屏蔽装药引爆增强效应研究

活性破片作用屏蔽装药引爆增强效应研究活性破片及其在杀伤战斗部上的应用技术,是当前防空反导技术领域的热点和前沿发展方向之一,被誉为是支撑下一代―命中即摧毁‖弹药战斗部装备研发的核心关键技术,受到了世界各国的广泛关注和大力研究。

本硕士学位论文针对活性破片作用屏蔽装药引爆行为及机理问题,采用数值模拟、理论分析和模拟实验相结合的方法进行了较系统的研究。

首先,在AUTODYN非线性动力学分析平台下,数值模拟研究了金属破片碰撞屏蔽装药引爆作用效应,得到了破片及盖板参数对屏蔽装药冲击起爆速度阈值的影响规律。

引入活性材料冲击引发
Powder-Burn模型,数值模拟研究了弹靶作用条件对活性破片爆燃率及穿靶后剩余激活质量影响规律,得到了活性破片穿透盖板后爆燃反应化学能释放特性及炸药内部温度场、压力场分布。

最后,基于弹靶碰撞一维冲击波理论,建立了活性破片引爆屏蔽装药分析模型,得到了弹靶作用条件对屏蔽装药引爆效应的影响规律,并通过弹道碰撞实验验证了分析模型的有效性,从机理的高度揭示了活性破片对屏蔽装药引爆增强效应及行为。

球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟_温垚珂

球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟_温垚珂

ρ＝Ｊρ０ Ｅ＝ＶＳｉｊεｉｊ － （ｐ＋ｑ）Ｖ
（２） （３）
式中：σｉｊ，ｊ为柯 西 应 力；ｆｉ 为 单 位 体 积 力；¨ｘｉ 为 加 速
度；ρ，ρ０ 分别为当前密度和初始 密 度；Ｊ 为 体 积 变 化
率；Ｖ，Ｅ 分 别 为 现 时 构 形 体 积 变 化 率 和 能 量 变 化
率；εｉｊ为应变率张量；ｐ，ｑ 分 别 为 压 力 和 体 积 粘 性 阻
以 指 导 武 器 的 设 计 ．目 前 ，对 于 破 片 杀 伤 威 力 和 终 点 效应的实验研究和评定主要采用明胶靶标或生物实 验进行．明胶靶标的 物 理 响 应 与 生 物 体 的 肌 肉 响 应 相 似 ，更 容 易 进 行 终 点 效 应 的 瞬 时 拍 摄 和 测 量 ，故 在
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２７ 作者简介：温垚珂（１９８６－ ），男，博士研究生，研究方向为侵彻与冲击动力学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｙｋ２０１１＠１６３．ｃｏｍ．
数值方法可以在武器的设计阶段预测其终点效 应和杀伤威力，指 导 武 器 设 计，缩 短 产 品 研 发 周 期， 极 大 地 节 约 了 科 研 经 费 ．同 时 ，数 值 方 法 可 以 提 供 更 全面的数据并方便 地 再 现 侵 彻 过 程，有 助 于 更 好 地 揭 示 终 点 效 应 过 程 和 机 理 ．目 前 ，常 用 的 数 值 计 算 方 法主 要 有 Ｌａｇｒａｎｇｅ 法、Ｅｕｌｅｒ 法、ＡＬＥ（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｒｉａｎ）法 和 ＳＰＨ（Ｓｍｏｏｔｈｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）法．这 ４ 种 方 法 各 有 优 缺 点，对 于 破片侵彻明胶的问题到底哪种数值方法更准确更高 效，这 是 首 先 要 研 究 的．Ｌａｇｒａｎｇｅ算 法 主 要 用 于 固 体 结 构 的 应 力 应 变 分 析 ，以 物 质 坐 标 为 基 础 ，计 算 网 格与材料网格固连，因 此 能 够 非 常 精 确 地 描 述 结 构 边 界 的 运 动 ．但 该 方 法 在 处 理 大 变 形 问 题 时 ，容 易 导 致 网 格 畸 变 而 使 运 算 终 止［５］．Ｅｕｌｅｒ算 法 主 要 用 于 流体问题的分析及固体材料发生很大变形的情况， 以 空 间 坐 标 为 基 础 ，网 格 固 定 在 空 间 中 ，物 体 的 材 料 在 网 格 中 流 动 ．该 方 法 适 用 于 处 理 大 变 形 问 题 ，但 无 法准确描述物体的边界［６］．ＡＬＥ 算 法 可 以 处 理 整 个 物体有空间大位移 并 且 本 身 有 大 变 形 等 问 题，兼 有 Ｌａｇｒａｎｇｅ法 和 Ｅｕｌｅｒ法 的 长 处，计 算 网 格 可 以 独 立 于物质坐标系和空 间 坐 标 系 运 动．只 要 规 定 合 适 的 网格运动形式就可以准确地描述物体的移动界面， 并维持合理的单元形状．纯 Ｌａｇｒａｎｇｅ和 纯 Ｅｕｌｅｒ算 法实际上是 ＡＬＥ 算法的２个特例，即当网格的运动 速度等于物体 的 运 动 速 度 时 就 退 化 为 Ｌａｇｒａｎｇｅ算 法，而 当 网 格 固 定 于 空 间 不 动 时 就 退 化 为 Ｅｕｌｅｒ算 法．ＳＰＨ 算法是 一 种 无 网 格 算 法，由 于 克 服 了 有 限 元法对网格的依赖，因此能在 Ｌａｇｒａｎｇｅ格式下处理 大 变 形、裂 纹 扩 展 等 问 题．但 由 于 算 法 本 身 原 因， ＳＰＨ 法的计算效率往往不高，耗费时间较长 ． ［７，８］

超高速碰撞过程弹靶材料响应行为基础研究

超高速碰撞过程弹靶材料响应行为基础研究

超高速碰撞过程弹靶材料响应行为基础研究
超高速碰撞是指在极短时间内发生的高速碰撞。

在这样的碰撞中，材料会经历极大的变形和应力，其响应行为不同于常规的碰撞。

因此，研究超高速碰撞过程中材料的响应行为至关重要。

在超高速碰撞中，材料受到巨大的压力和剪切力，可能产生高度动态变形和产生剧烈的应力波。

材料的高应变率和高应力率也会导致材料在短时间内发生相变、熔化、断裂等非常规行为。

因此，研究超高速碰撞过程中材料的响应行为需要考虑这些因素。

为了研究超高速碰撞过程中的材料响应行为，可以借助实验和数值模拟两种方法。

实验方面，可以使用高速冲击实验仪器，如冲击试验机、冲击台等，以模拟超高速碰撞条件下的载荷。

通过测量材料的应力、应变、位移等参数，可以获得材料在超高速碰撞中的响应行为。

数值模拟方面，可以使用计算流体力学（CFD）或有限元方法等来模拟超高速碰撞过程中材料的行为。

通过建立适当的数学模型和材料本构关系，可以预测材料在超高速碰撞中的响应行为。

这种方法可以更好地理解材料的变形机制和破坏行为。

超高速碰撞过程中材料的响应行为基础研究对于提高材料性能和设计更安全的结构具有重要意义。

它有助于开发新型高强度、高韧性及抗冲击的材料，并且可以提供参考数据和模型，用于仿真和优化设计。

这样的研究对于军事、航空航天、汽车、船舶等领域具有重要的应用价值。

活性破片侵彻不同厚度铝靶的数值模拟

活性破片侵彻不同厚度铝靶的数值模拟

《装备制造技术）2020年第10期活性破片侵彻不同厚度铝靶的数值模拟刘露,唐恩凌，陈闯（沈阳理工大学装备工程学院，沈阳110159）摘要：活性破片通过动能侵彻和内爆两种毁伤方式联合作用目标，相比于传统的惰性金属毁伤元，可大幅度增强对目标的毁伤效应，尤其是对燃爆类目标的引燃引爆能力。

以Al/PTFE活性破片为研究对象，采用Autodyn-2D非线性动力学软件对活性破片侵彻铝靶进行了数值模拟，对比了Lagrange、Euler、SPH三种算法的仿真结果，运用SPH算法仿真研究了靶板厚度对毁伤效果的影响。

结果表明，在相同靶板厚度下，随着活性破片撞击速度的提高，靶板碎片速度达到稳定的时间越短，靶板碎片峰值速度相对撞击速度的衰减值越大,在相同的撞击速度下，靶板越厚，靶板碎片峰值速度相对撞击速度衰减的百分比越大。

关键词:活性破片；侵彻；靶板厚度；数值模拟中图分类号:TJ410.3文献标识码：A活性破片依靠动能侵彻和内爆相结合的毁伤机理联合作用提高战斗部的毁伤能力,Al/PTFE是典型的活性破片。

M.N.Raftenberg[1]等针对质量比为74：26的PTFE/Al配方活性材料，通过Hopkinson杆动态压缩实验和准静态压缩实验，获得了活性材料的动态和静态力学参数，利用所获实验参数分别对Johnson-Cook强度模型和PSD强度模型进行了标定,并且分别基于PSD模型和Johnson-Cook模型采用数值模拟方法对活性破片冲击金属靶作用行为进行了研究，结果表明标定后的数值模拟材料模型能较好反映活性材料相关力学行为。

R.G.Ames等何通过泰勒杆实验对含能破片临界起爆压力阈值进行了测试，分析了活性材料点火起爆机理,还利用密闭容器实验测试了活性材料撞击起爆压力时程曲线。

本文研究了不同算法对活性破片侵彻不同厚度铝靶仿真结果的影响，选择SPH算法对活性破片侵彻不同厚度铝靶进行数值模拟，得到不同撞击速度下靶板碎片速度的变化。

破片与离散杆组合战斗部对巡航导弹毁伤效应的数值研究

破片与离散杆组合战斗部对巡航导弹毁伤效应的数值研究

破片与离散杆组合战斗部对巡航导弹毁伤效应的数值研究随着巡航导弹的诞生以及发展，对导弹拦截和毁伤的研究也在进行，反巡航导弹战斗部主要有破片式战斗部、爆破式战斗部、离散杆式战斗部、连续杆式战斗部、多聚能装药战斗部以及子母式战斗部等。

本文主要设计了一种破片与离散杆组合战斗部，该战斗部既有破片速度高的优点，又兼有离散杆质量大的优点。

本文在研究过程中，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同材料、形状、质量以及侵彻角度下破片侵彻巡航导弹战斗部舱段进行了数值模拟，然后又分析了直杆和弯曲杆条以不同侵彻角度和着靶角度侵彻巡航导弹制导舱段，最后对本文设计的破片与离散杆组合战斗部侵彻巡航导弹进行了数值模拟。

研究结果表明：(1)钨合金材料破片较4340钢破片的毁伤性能强；(2)不同形状的破片对巡航导弹战斗部的起爆速度阈值大小为立方体破片>小长径比破片>球形破片>大长径比破片；(3)侵彻角度对于圆柱形破片的起爆速度阈值影响最大，其次是立方体破片，对于球形破片的影响最小；(4)直杆的侵彻角度、着靶角度不同对制导舱段的毁伤则不同，侵彻角度40°≤≤60°时，杆条的动能利用率较高，对巡航导弹制导舱段的毁伤效果最佳；着靶角度20°≤80°时，杆条的动能利用率都很高，对巡航导弹制导舱段的毁伤效果最好；(5)弯曲杆条的侵彻角度、着靶角度不同对制导舱段的毁伤则不同，侵彻角度为50°≤≤80°时，杆条对制导舱段的毁伤效果最大；弯曲杆条以不同着靶角度侵彻时，均贯穿了制导舱段，对巡航导弹产生有效毁伤；(6)本文设计的破片与离散杆组合战斗部爆炸以后，破片与杆条均能达到预期的速度，对巡航导弹产生了致命的毁伤。

本文的研究结果可为反巡航导弹的发展提供一定的借鉴。

实验室聚能高速碎片生成装置设计与研究

实验室聚能高速碎片生成装置设计与研究

占据 式 聚 能射 流装 药 （ ｏｉ ｌｓａｅ ｈｒ ｃｎ ａ ｈｐｄｃａ ｅ ｃ ｇ ｗｔ ｔｅｉｈｂｔ ， 称 Ｃ Ｃ ） 在 圆锥 罩 聚 能 射 流 ｉ ｉｉｒ简 ｈｈ ｎ ｏ ＳＩ是 装药 内侧加设一个 占据式阻隔体 。在射流形成后，
系数高 ， 故选其为 内衬材料。药型罩材料使用延展 性更好 的紫铜 ， 对截 取 的射 流头 部大小 进行 了研究 。 本装置的优点主要体现在以下几个方面： １ 安全性。此装置的结构强度大。通过衰减装 ）
药 的爆 炸能量来 减弱爆 炸 冲击 波 ， 制爆 炸 冲击 波 、 控
由于聚能罩向轴线挤压 ， 导致 占 据体闭合 ， 在射流头 部通过后切断聚能射流 ， 从而形成一个高速 的聚能 射 流体 ， 引 装置 如 图 ｌ所示 。
睾 收稿 日期 ： １ ￣ ・ ２ ２ ５１ ０ ３
作者简介 ： 李志龙 （９ ７一）男 ， １８ 。 硕士 ， 主要从事爆破器材爆炸作用研究。Ｅｍ ｉ ９７ ９ ７ ｑ Ⅷ － ａ ： ９ ３ ＠ｑ ． ｌ４ 通讯作者 ： 徐全军（ ９６一） 男 ， １６ ， 博士 ， 教授 ， 主要从事爆破器材爆炸作用研究。Ｅｍ ｌｘ － ｍ ：￣ｍｊｎ ｏ ￣．ｏ ｕ ＠ｈｔ ｍ ｃｒ ｎ
置对安装精度 、 梯度飞片中同截面的一致性提出了
很 高 的要 求 。 电磁 炮加速 装置可 以获 得 １ ｍ ｓ ５ｋ ／ 或
更高的超高速粒子 ， 但是存在着大 电流能源和电流 通 过轨道 回路 时 的耗能 问题 。多级爆轰 驱动 技术存 在着爆轰产物与飞片界面处波相互作用的稳定性等 问题。本文利用 占据式聚能射流， 通过数值模拟 ， 并
［ 关键词 ］ 高速碎片
聚能射流 占据体
防护壳体
［ 分类号 ］ Ｔ ６ Ｖ １． Ｐ９ ４ ６ ５

立方体破片对LY-12cz薄靶板的侵彻机理

立方体破片对LY-12cz薄靶板的侵彻机理
பைடு நூலகம்
圈
图 １ 破 片垂 直侵彻靶板的有限元模型 靶板采用硬铝 材料 （ Ｙ１ｃ ） 弹性模 量 Ｅ＝７ ２ Ｌ ２ｚ ， ．４Ｘ１ ０ Ｐ， ａ 泊松 比＂＝ ． ３ 密度 Ｐ＝２７ｇｅ 弹丸采用 １ ０３ ， ． ／ｍ ， Ｏ号钢制 材料 ， 弹性模 量 Ｅ＝２ １×１ “Ｐ ， 松 比 ＝０ ３ 密度 Ｐ＝ ． ０ ａ泊 ．， ７ ８ ／ ｍ 。在高速与超高速 冲击 作用下 ， ．３ｇａ 材料非线 性特征
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｔ ｎ ｅ ｅ ｔｔ ａ ｉ ｈ ｖ ｌｃｔ ｏ —ｈ ｐ ｄ ｆａ ｍｅ ｔ ｉ ａ ｔ ｏ Ｌ １ ｃ ｈ ｎ ｓ ｅ ｔ ｓ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｎ ｔ ｉ ｆ ｃ ｈ ｔ ｇ － ｅ ｏ ｉ ｒ ｄ ｓ ａ ｅ ｇ ｎ ｓ ｍｐ ｃ Ｙ一 ２ ｚｔ ｉ ｈ ｅ ａｏ ｈ ｙ ｒ ｔ ｗａ
Ｐ Ｎ Ｑｎ－ ｎ ，Ｅ Ｇ Ｑｎ — ｏ Ａ ｉｇ ｕ Ｚ Ｎ ｉｇｔ ｊ ａ
（ ．Ａ ｒｎｕｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｅｉｇＤ ｐｒ ｅｔ Ｆｒｔ ｅｏａｔ ａ Ｉｓ ｔ ｅｏ Ａｒ ｏｃ ， １ ｅ ａｔａ Ｒ ｐ ｉＥ ｇ ｅｒ ｅ ａ ｍ ｎ， ｉ ｒｎｕｉ ｌｎｔｕ ｆ ｉＦ ｒｅ ｏ ｃ ｒ ｎ ｎ ｔ ｓＡ ｃ ｉｔ Ｘｎａｇ４ ００， ｈｎ ； ． ｎｔ ４ ４ ｆ Ｌ ，ｈ ｃｅｇ２ ２０ Ｃ ｉａ ｉ ｎ ６ ０ Ｃ ｉａ ２ Ｕ ｉ９ ２３ｏ Ａ Ｚ ｕｈｎ ６ ２０， ｈｎ ） ｙ ４ Ｐ
摘要 ： 对高速立方体破片与飞机硬铝薄靶板的遭遇打击情 况进行 了模拟 计算分析 ， 得到 了破片 以不 同的人射速度和 攻角高速打击靶 板时 ， 靶板上的损伤情况以及 破片 的剩余速度 、 剩余 质量 、 塞块质量 以及塑性变 形区域等 随破片入 射速度与攻 角的变化 规律 ， 可用于分析破片的破 坏能力及 飞机结构 的防护能力 。 关键词 ： 立方体破片 ； 损伤 ； 模拟计算

不同破片对典型飞机目标的毁伤效应

不同破片对典型飞机目标的毁伤效应

第41卷增刊2 2020年6月兵工学报ACTA ARMAMENTARIIVol.41Suppl.2Jun.2020不同破片对典型飞机目标的毁伤效应徐梓熙1,刘彦闫俊伯1,司鹏1,黄风雷1(1.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081； 2.北京理工大学重庆创新中心，重庆401120)摘要：为研究惰性破片及活性破片对飞机目标的毁伤情况，以某飞机为研究对象，采用起爆杀爆战斗部方式产生破片，实现对目标的动态加载；通过调整战斗部内预制破片类型，分别获得钢破片及活性破片作用下飞机的毁伤情况。

实验后统计飞机关键部件毁伤元的特征量，对比两类破片作用下飞机目标的毁伤效应。

实验结果表明：钢破片对飞机发动机类高强度部件的毁伤能力高于活性破片，而活性破片对机翼类部件具有更强的毁伤能力。

关键词：飞机目标；钢破片；活性破片；关键部件；毁伤效应中图分类号：TJ012.4文献标志码：A文章编号：1000-1093(2020)S2-0063-06 DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2020.S2.008Experimental Investigation on the Damage of AircraftSubjected to Different Fragments LoadingXU Zixi1,LIU Yan1'2,YAN Junbo1,SI Peng1,HUANG Fenglei1(1.State Key Laboratory of Explosive Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China；2.Beijing Institute of Technology Chongqing Innovation Center,Chongqing401120,China)Abstract:The damage of aircraft by blast-fragmentation warhead is investigated through test,where the loading is generated by detonating the warhead.Two kinds of preformed fragments are utilized to compare and assess the damage of aircraft in test.Special focus is on the failure of critical components.It is shown that steel fragment has the better damage capability to destroy the high-strength components compared to reactive fragment,which performs the advantage of doing damage on cover structure.The results have the practical meaning for optimizing the structure of antiaircraft missile warhead and providing reference for aircraft vulnerability analysis.Keywords:aircraft target;steel fragment;reactive fragment;critical component;damage effect0引言一般地，飞机不易因单枚小型破片的命中所摧毁。

含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究

含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究

第４４卷第３期２０２０年６月南京理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.４４Ｎｏ.３Ｊｕｎ.２０２０㊀收稿日期:２０１７－０５－２６㊀㊀修回日期:２０２０－０３－１６㊀作者简介:徐志方(１９６３－)ꎬ男ꎬ研究员ꎬ主要研究方向:目标毁伤效应ꎬＥ￣ｍａｉｌ:４６６６８０４２２＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ㊀引文格式:徐志方ꎬ薛建锋ꎬ刘涛ꎬ等.含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究[Ｊ].南京理工大学学报ꎬ２０２０ꎬ４４(３):３４８－３５３.㊀投稿网址:ｈｔｔｐ://ｚｒｘｕｅｂａｏ.ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究徐志方ꎬ薛建锋ꎬ刘㊀涛ꎬ张㊀鹏ꎬ谢晓晖(洪都航空工业集团第６６０研究所ꎬ江西南昌３３００２４)摘㊀要:为研究战斗部对导弹目标的毁伤效应ꎬ在导弹功能㊁结构和毁伤机理的基础上ꎬ确定了导弹目标的毁伤级别和各舱段的毁伤准则ꎮ含能战斗部由钨合金㊁含能材料㊁尼龙弹托和底座组成ꎮ含能材料由铝镁合金粉㊁硝酸钡和聚四氟乙烯组成ꎬ通过在真空容器中高温烧结制备ꎮ利用１２.７ｍｍ机枪进行穿甲和引燃试验ꎬ依次射击２５ｍｍ/６０ʎ均质装甲板㊁导弹设备舱和燃料舱模拟靶ꎬ并用高速摄影记录战斗部对油箱的毁伤过程ꎮ试验结果表明含能战斗部兼有侵彻能力和引燃纵火能力ꎮ关键词:兵器科学与技术ꎻ含能战斗部ꎻ破片ꎻ导弹ꎻ毁伤ꎻ含能材料ꎻ均质装甲板ꎻ模拟靶中图分类号:ＴＪ７６０.３㊀㊀文章编号:１００５－９８３０(２０２０)０３－０３４８－０６ＤＯＩ:１０.１４１７７/ｊ.ｃｎｋｉ.３２－１３９７ｎ.２０２０.４４.０３.０１３ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔｄａｍａｇｅｓｔｕｄｙｏｆｍｉｓｓｉｌｅｄｕｅｔｏｅｎｅｒｇｅｔｉｃｆｒａｇｍｅｎｔｗａｒｈｅａｄＸｕＺｈｉｆａｎｇꎬＸｕｅＪｉａｎｆｅｎｇꎬＬｉｕＴａｏꎬＺｈａｎｇＰｅｎｇꎬＸｉｅＸｉａｏｈｕｉ(Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ６６０ꎬＨｏｎｇｄｕＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐꎬＮａｎｃｈａｎｇ３３００２４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄａｍａｇｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｗａｒｈｅａｄｏｎａｍｉｓｓｉｌｅｔａｒｇｅｔꎬｄａｍａｇｅｌｅｖｅｌｓａｎｄｄａｍａｇｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｅｖｅｒｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅａｒｅｇｉｖｅｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎꎬｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅ.Ｔｈｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｗａｒｈｅａｄｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎａｌｌｏｙꎬｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌꎬｎｙｌｏｎｓａｂｏｔａｎｄｐｌａｓｔｉｃｂａｓｅ.Ｔｈｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌａｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｔｅ￣ｒｉｎｇｉｎａｖａｃｕｕｍｃｏｎｔａｉｎｅｒꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｐｏｗｄｅｒｓꎬｂａｒｉｕｍｎｉｔｒａｔｅａｎｄＰＴＥＥ.Ｔｈｅａｒｍｏｕｒｐｉｅｒｃｉｎｇａｎｄｉｇｎｉｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇａ１２.７ｍｍｍａｃｈｉｎｅｇｕｎａｎｄａｃｔｉｎｇｏｎ２５ｍｍ/６０ʎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓａｒｍｏｒｐｌａｔｅｓꎬａｍｉｓｓｉｌｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔꎬａｎｄａｎａｒｍｅｄｆｕｅｌｔａｎｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔ.Ｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｇａｉｎｓｔａｎｏｉｌｔａｎｋｉｓｒｅｃｏｒｄｅｄｂｙａｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄｃａｍｅｒａ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｗａｒｈｅａｄｈａｓｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉｇｎｉｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｒｍａｍｅｎｔｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻｅｎｅｒｇｅｔｉｃｗａｒｈｅａｄｓꎻｆｒａｇｍｅｎｔｓꎻｍｉｓｓｉｌｅｓꎻｄａｍａｇｅꎻｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓａｒｍｏｒｐｌａｔｅｓꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔａｒｇｅｔｓ总第２３２期徐志方㊀薛建锋㊀刘㊀涛㊀张㊀鹏㊀谢晓晖㊀含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究㊀㊀㊀㊀含能材料是新型高效毁伤材料ꎬ体现在材料构成和毁伤机理上ꎮ在高聚物中填充金属㊁合金㊁金属间化合物等含能粉体ꎬ经特殊工艺制备而成ꎬ具有良好的力学性能ꎮ当含能战斗部撞击目标时ꎬ首先依靠自身动能侵彻目标ꎬ在强冲击载荷的作用下ꎬ内部材料被激活并发生爆炸/爆燃反应ꎮ进入目标内部后ꎬ战斗部依靠自身释放的化学能毁伤目标ꎬ在动能和化学能的共同作用下ꎬ实现对目标的高效毁伤ꎬ使战斗部的终端毁伤效能获得跳跃式提高[１－５]ꎮ随着导弹目标在战争中的广泛应用ꎬ它已成为战场上的主要目标之一ꎮ为了应对各类导弹的快速发展ꎬ国内外对反导弹的含能战斗部的研究越加重视[６－８]ꎮ李婷婷㊁袁慎坡等人[９ꎬ１０]对Ｎｉ－Ｆｅ－Ａｌ化合物作为黏结剂的易碎材料进行了研究ꎮ赵红梅㊁胡兴军等人[１１ꎬ１２]将粉末冶金工艺与塑料成型工艺相结合ꎬ减小了材料的变形ꎬ使材料性能有了大幅提高ꎮ曹兵等人[１３]利用弹道枪加速进行了不同尺寸的球形破片对模拟巡航导弹油箱的冲击毁伤作用实验ꎬ研究了模拟油箱在不同打击条件下的毁伤情况ꎬ给出了模拟油箱的冲击引燃判据ꎮ谢长友等人[１４]制备了２种不同配方的新型复合式反应破片ꎬ并进行了该反应破片对装有柴油的油箱的毁伤试验ꎬ得到复合式反应破片具有更强的侵彻能力的结论ꎮ徐豫新等人[１５]研究钨锆合金破片对钢板屏蔽燃油的引燃机理ꎬ得到油气混合物的引燃与油气分布结构有关系的结论ꎮ王海福等人[１６]研究活性破片和钨合金破片作用于模拟油箱和引燃航空煤油的问题ꎮ含能破片及其弹药战斗部技术ꎬ作为当前高效毁伤领域的热点研究方向ꎬ受到了世界各国的广泛关注和研究ꎬ特别是在毁伤元配方设计㊁制造工艺等方面ꎬ取得了显著研究进展ꎮ目前研究多以金属粉末和高分子氟化物混合制成的裸反应破片为主ꎬ其优点是结构简单ꎬ较容易实现ꎬ但破片比重小且易碎ꎬ侵彻能力较差ꎮ本文针对毁伤导弹目标须同时具备穿甲和引燃能力的条件ꎬ研制一种金属壳体和复合含能材料复合而成的新型战斗部ꎬ对导弹目标具有良好的侵彻能力和较好的引燃效果ꎮ对导弹目标特性进行介绍ꎬ开展含能战斗部对导弹目标的穿甲及引燃试验ꎮ利用锡箔纸测速装置测量速度ꎬ通过高速摄影观察引燃过程ꎬ得到含能战斗部对均质装甲㊁导弹设备等效靶㊁油箱等的毁伤效应结果ꎮ研究结果为含能战斗部在导弹目标上的应用提供基础ꎮ１㊀目标分析１.１㊀目标的功能和结构分析硫磺石 导弹由制导㊁战斗部㊁燃料㊁控制导航和发动机５个舱段组成ꎬ如图１所示ꎮ导弹长度为１.８ｍꎬ直径为０.１７８ｍꎬ质量约５０ｋｇꎮ导弹由半球形弹头㊁圆柱形中部㊁略收缩的圆柱形弹尾和８副成型布局的六角形弹翼组成ꎮ图１㊀ 硫磺石 导弹图１.２㊀导弹毁伤模式及机理分析导弹的作战任务是将战斗部准确投放到目的地ꎬ适时可靠地引爆战斗部从而毁伤目标ꎮ导弹毁伤模式有:偏航㊁哑弹㊁解体ꎮ导弹在破片或冲击波作用下ꎬ局部结构压跨㊁折弯㊁翼片等都可能引起偏航ꎬ制导控制系统毁伤㊁燃料泄漏㊁发动机失效等也能引起导弹不能准确飞向目标ꎮ导弹的引信系统被损坏ꎬ可能出现哑弹ꎮ易燃易爆部件(如战斗部㊁燃料舱)受到高速破片的撞击ꎬ可能出现燃烧或爆炸现象ꎬ从而导致整个导弹的解体ꎮ１.３㊀目标毁伤级别根据文献[１７]和导弹的毁伤模式ꎬ将导弹的毁伤分为２个级别:Ｋ级毁伤(解体)ꎻＣ级毁伤(偏航或哑弹)ꎮ导弹解体是由于战斗部㊁燃料舱爆炸或被直接命中引起的ꎬ而破片很难造成该级别的毁伤ꎮ制导舱㊁燃料舱㊁动力舱等舱室的毁伤可能导致导弹不能完成预定作战任务ꎬ造成Ｃ级毁伤ꎮ１.４㊀舱段的毁伤准则毁伤准则有３种形式:毁伤概率㊁面积消除准则和能量密度准则[１７]ꎮ舱段的抗破片侵彻能力与舱段的蒙皮㊁材料㊁壳体厚度及内部关键零件的抗弹性能等因素有关ꎬ破片密度与舱段内零部件的特性及分布有关ꎮ采用等效厚度来表示各舱段的抗侵彻能力ꎮ等效靶的原则是:不同舱段等效靶厚度不同ꎬ几何外形接近实物ꎬ材料抗侵彻能力９４３南京理工大学学报第４４卷第３期近似ꎮ蒙皮㊁舱室壳体及背板３部分等效成等效靶ꎮ根据等效原则ꎬ导弹的主要几何尺寸如下:导引头舱厚度４ｍｍ㊁战斗部舱厚度２５ｍｍ㊁燃油舱厚度１０ｍｍ㊁控制舱厚度２０ｍｍ㊁动力舱厚度１５ｍｍꎬ如图２所示ꎮ图２㊀等效靶厚度确定方法示意图２㊀试验方法采用１２.７ｍｍ重机枪发射含能战斗部ꎬ含能战斗部制作成子弹模样ꎬ弹径为１０ｍｍꎬ长度为５６ｍｍꎬ头部长度为２５ｍｍꎬ曲率半径为５５ｍｍꎬ制作尼龙弹托ꎬ如图３所示ꎮ战斗部制备过程是:将钨合金和多种配方的反应材料按一定比例混合后ꎬ用压力机压制成Φ２０ｍｍˑ１００ｍｍ的圆柱体ꎬ然后在真空中进行高温烧结ꎬ烧结温度约３９０ħꎬ最后在车床上进行加工ꎮ分别在离枪口靶道前１０ｍ处布置测速靶㊁钢板㊁后效板及油箱等ꎬ通过时间记录仪测得战斗部的速度ꎬ试验现场布置图如图４所示ꎮ图３㊀含能战斗部图图４㊀试验布置图计算后的试验战斗部的速度约为１１００ｍ/ｓꎬ先进行２５ｍｍ/６０ʎ均质装甲板穿甲试验ꎬ得到战斗部的侵彻贯穿能力ꎮ接着对导弹设备舱模拟靶等效分析ꎬ得到模拟靶的等效厚度ꎬ再进行穿甲后效试验ꎮ最后对燃料油箱等效靶实施引燃试验ꎬ航空煤油液面在油箱的２/３处ꎬ试验中油箱封闭ꎬ试验中采用高速摄影以获取高清版的燃烧图像ꎮ３㊀试验结果与分析３.１㊀穿甲试验试验中靶板为２５ｍｍ/６０ʎ均质装甲板ꎬ试验弹３发ꎬ发射药为２/１樟枪药ꎬ通过调节装药量改变弹体速度ꎬ装药量约为４５ｇꎬ弹体平均速度为１１００ｍ/ｓꎮ试验结果如图５所示ꎬ穿孔尺寸约为２倍弹径ꎬ从穿靶情况和穿孔尺寸来看ꎬ该含能战斗部能有效穿透２５ｍｍ/６０ʎ均质装甲板ꎬ具有打击重装甲目标的潜能ꎮ图５㊀靶板破坏结果图３.２㊀对设备舱模拟靶毁伤试验导弹总体结构由５个舱室组成ꎬ由外到内是蒙皮㊁部件壳体和设备ꎮ确定等效靶的材料ꎬ然后将不同部分的材料等效为等效靶材ꎬ最后将同一种材料的间隔靶等效为最终的等效靶ꎮ最终将导弹各个舱段等效为斜置２ｍｍＡ３钢板和２层２ｍｍ后效板ꎬ另加９层２ｍｍ厚硬质铝板ꎬ试验现场布置如图６所示ꎮ图６㊀现场布置图试验后铝板如图７所示ꎬ弹体主弹芯穿透各层铝板中间ꎬ孔洞不规则ꎮ弹体破片布满铝板开口处且穿透铝板ꎬ后面的铝板穿孔数逐渐减少ꎬ回收的弹体破片质量最大为２ｇꎮ后效板上穿孔数０５３总第２３２期徐志方㊀薛建锋㊀刘㊀涛㊀张㊀鹏㊀谢晓晖㊀含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究㊀㊀如表１所示ꎬ含能战斗部穿透靶板后破碎产生众多破片ꎬ统计对后效板的穿孔数ꎮ试验用弹３发ꎬ试验结果表明:装药量为４５ｇꎬ平均初速为１１０４ｍ/ｓ时ꎬ斜置钢板被击透ꎬ设备舱模拟靶的毁伤效果良好ꎬ战斗部的二次毁伤能力较大ꎮ铝板上有烧灼现象ꎬ且着靶点铝板破坏尺寸较大ꎬ表明装有含能材料的战斗部在高速穿透铝制靶时ꎬ其内装的含能材料化学能释放ꎬ可以产生燃烧㊁爆炸效应ꎮ图７㊀后效板破坏情况图表１㊀各层铝板有效穿孔数表试验用弹序号穿孔数１层２层３层４层５层６层７层８层９层１０层１１层１４１９２４５２１２１６１１４４７１３３１４４１ ２５６３３５８２８２１６８９８５１２８１２７４ ３３７３２５３２３１２０３１４５８９７６４０３２２６ ３.３㊀燃料舱油箱模拟靶毁伤试验为了模拟含能战斗部对导弹燃料舱的引燃试验ꎬ对燃料舱进行等效设计ꎮ蒙皮和燃料舱的厚度等效为８ｍｍ钢板和２ｍｍ铝板ꎮ导弹燃料舱中油箱为１立方体容器ꎬ采用铝制材料ꎬ具体尺寸为４００ｍｍˑ１００ｍｍˑ１００ｍｍꎬ容器四周封闭ꎬ只在上端面开１个小口用来注入煤油ꎮ采用１２.７ｍｍ重机枪加载ꎬ在８００~１３００ｍ/ｓ速度范围内进行垂直引燃试验ꎬ试验中ＦＡＳＴＣＡＭ￣ＡＰＸＲＳ高速摄影仪拍摄频率为４００００幅/ｓꎮ试验中油箱放置在距机枪１０ｍ处的固定支架上ꎬ可根据试验要求调整油箱位置ꎬ现场布置如图８所示ꎮ图８㊀试验用靶标图引燃试验结果如图９所示ꎬ油箱被撕裂ꎮ以８５３ｍ/ｓ速度撞击油箱后ꎬ战斗部破碎㊁被激活ꎬ发出耀眼的白光ꎬ在油箱周围形成高温高压高热场ꎬ燃油从开口处及撕裂处喷出ꎬ立即被点燃ꎬ未燃尽的燃油流在地面上继续燃烧ꎬ燃烧过程如图１０所示ꎮ战斗部以１２４２ｍ/ｓ的速度撞击模拟油箱ꎬ过程如图１１所示ꎬ战斗部击中油箱并穿透油箱后ꎬ在油箱内部产生爆燃效应ꎬ燃油在含能材料的爆燃作用下形成雾气ꎬ并从注油口和贯穿孔喷射而出ꎬ被形成的火焰点燃ꎮ图９㊀油箱毁伤情况图含能战斗部对油箱的毁伤具有明显的优势ꎬ不仅贯穿目标ꎬ还可在目标内部产生爆燃ꎬ大大提高战斗部的毁伤效果ꎮ含能战斗部自身由高分子材料和钨合金构成ꎬ在撞击目标过程中ꎬ内部含能材料各级组分间发生化学反应ꎬ释放出大量的化学能ꎮ撞击中产生高压和高温场ꎬ使铝粉与聚四氟乙烯发生化学反应ꎬ放出热量ꎬ同时聚四氟乙烯在撞击产生的高压和高温以及在上述反应产生的１５３南京理工大学学报第４４卷第３期能量作用下发生解聚反应生成四氟乙烯单体ꎬ四氟乙烯单体在空气中发生剧烈的爆炸反应ꎬ各类化学反应相互交织ꎬ相互传递能量ꎮ含能战斗部穿透目标产生爆燃ꎬ给目标带来致命毁伤ꎮ图１０㊀８５３ｍ/ｓ撞击引燃燃油高速拍摄结果图图１１㊀１２４２ｍ/ｓ撞击引燃燃油高速拍摄结果图４㊀结束语以含能战斗部和导弹目标为主要研究对象ꎬ开展了穿甲㊁后效及引燃等综合毁伤能力的研究ꎬ通过对均质装甲㊁设备舱模拟靶㊁燃油箱模拟靶等各项试验ꎬ得出如下结论:(１)含能战斗部在一定的初速情况下ꎬ靠动能可有效穿透一定厚度的均质装甲板ꎻ穿透后的碎片依据自身剩余动能对设备舱体进行二次毁伤ꎻ(２)含能战斗部通过动能和化学能的联合作用ꎬ能够对燃油箱造成破坏ꎬ有效引燃燃油ꎻ爆燃效应是引燃燃油的第一因素ꎬ降低了速度的影响ꎬ只要战斗部能穿透油箱壁ꎬ自身被激活ꎬ便可对油箱造成结构破坏ꎬ并将燃油引燃ꎬ从而对导弹实现Ｋ级和Ｃ级毁伤ꎮ参考文献:[１]㊀ＷａｎｇＨａｉｆｕꎬＺｈｅｎｇＹｕａｎｆｅｎｇꎬＹｕＱｉｎｇｂｏꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐａｃｔ￣ｉｎｄｕｃｅｄｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓꎬ２０１１ꎬ１１０:０７４９０４.[２]宋朝阳ꎬ王毅ꎬ张俊ꎬ等.纳米ｍＡｌ/Ｃｒ２Ｏ３/ＥＴＮ复合含能材料的制备与表征[Ｊ].科学技术与工程ꎬ２０１６ꎬ１６(２１):５５－６１.ＳｏｎｇＺｈａｏｙａｎｇꎬＷａｎｇＹｉꎬＺｈａｎｇＪｕｎꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＡｌ/Ｃｒ２Ｏ３/ＥＴＮｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ１６(２１):５５－６１.[３]黄辉ꎬ王泽山ꎬ黄亨建ꎬ等.新型含能材料的研究进展[Ｊ].火炸药学报ꎬ２００５ꎬ２８(４):９－１３.ＨｕａｎｇＨｕｉꎬＷａｎｇＺｅｓｈａｎꎬＨｕａｎｇＨｅｎｇｊｉａｎꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｆｎｏｖｅｌｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２００５ꎬ２８(４):９－１３.[４]黄亨建ꎬ黄辉ꎬ阳世清ꎬ等.毁伤增强型破片探索研究[Ｊ].含能材料ꎬ２００７ꎬ１５(６):５６６－５６９.ＨｕａｎｇＨｅｎｇｊｉａｎꎬＨｕａｎｇＨｕｉꎬＹａｎｇＳｈｉｑｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄａｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｄｆｒａｇｍｅｎｔ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２００７ꎬ１５(６):５６６－５６９.[５]安亭ꎬ赵凤起ꎬ肖立柏.高反应活性纳米含能材料的研究进展[Ｊ].火炸药学报ꎬ２０１０ꎬ３３(３):５５－６２ꎬ６７.ＡｎＴｉｎｇꎬＺｈａｏＦｅｎｇｑｉꎬＸｉａｏＬｉｂａｉ.Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｔｕｄｙｏｎ２５３总第２３２期徐志方㊀薛建锋㊀刘㊀涛㊀张㊀鹏㊀谢晓晖㊀含能破片战斗部对导弹目标的等效毁伤效应研究㊀㊀ｈｉｇｈａｃｔｉｖｉｔｙｎａｎｏ－ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２０１０ꎬ３３(３):５５－６２ꎬ６７.[６]ＭｏｃｋＪꎬＷｉｌｌｉａｍＨ.Ｉｍｐａｃｔｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｒｏｄｓｏｆｐｒｅｓｓｅｄｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ(ＰＴＦＥ)ａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍｐｏｗｄｅｒｓ[Ｊ].ＡＩＰＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓꎬ２００６ꎬ８４５(１):１０９７.㊀[７]ＲａｆｔｅｎｂｅｒｇＭＮꎬＭｏｃｋＪＷꎬＫｉｒｂｙＧＣ.ＭｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏｄｓｏｆａｐｒｅｓｓｅｄＰＴＦＥ/Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｉｘｔｕｒｅ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｍｐａｃｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００８ꎬ３５(１２):１７３５－１７４４. 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复合反应破片对钢靶侵彻的实验研究

复合反应破片对钢靶侵彻的实验研究
粉 和 聚 四氟 乙烯 配方 ； 合 反 应破 片穿 靶 过 程 毁 伤 能力 随 壳体 厚度 增 加 而增 大 ；复 合 反应 破 片的 穿 靶 孔 径 比 同 尺 复寸 惰Biblioteka 性破 片 提 高 约 ４ ％ 。 ０
关键词 ： 炸力 学 ； 应 破 片 ； 爆 反 反应 材 料 ； 彻 ； 侵 终点 效 应 中图分类号： Ｊ ５ ０ ８ Ｔ５ ； ３ ９ 文献标识码： Ａ Ｄ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ －９ １ ２ ０ ． ６ Ｏ ９ Ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ６ ９ ４ ．０ ９ ０ ． １ ｓ
速摄 影 观 察 被 试 破 片 穿 靶 及 后 效 作 用 过 程 ， 到 了 得
Ａ／ Ｔ Ｅ Ｔ Ｐ Ｆ １Ｐ Ｆ 、ｉ Ｔ Ｅ复合反应破片及惰性破 片对靶板侵彻 ／ 的作用效果 ， 研究结果可为反应 破片的应用提供基础。
２ 复 合 反 应破 片 的制 备
将 Ａ 粉与 ＰＦ ｌ Ｔ Ｅ按 质 量 分 数 ２ ： ４ 简 称 Ａ配 ６ ７（ 方 ） Ｔ 粉与 Ｐ Ｆ 、ｉ Ｔ Ｅ按质量分数 ２ ８ （ ０： ０ 简称 Ｂ配方 ） 配 比混合后 ， 压机压制成 ６ｍｍ× ｍ的 圆柱体 ， 用 ６ｍ 然后 在真空炉 中进行 烧结 （ 烧结温度约 ３０℃ ） 得到两种配 ８ ， 方裸反应破 片 ， 密度分 别是 ２ ４ ，． ５ｇ・ ｍ一。复合 ． ２ ２ ７ ｃ
复 合 反 应 破 片 对 钢 靶 侵 彻 的 实 验 研 究
帅 ， 俊峰 蒋建伟 ， 王树有 ， 门建兵 ， 谢长友
（ ． 京 理 工 大 学爆 炸 科 学 与 技 术 国家 重 点 实 验 室 ， 京 １０ ８ ； １北 北 ０ ０ １ ２ 佳 木 斯 大 学机 械 工 程 学 院 ， 龙江 佳 木 斯 １４０ ） ． 黑 ５０ ７

爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究

爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究

can be used to
determine
if
there is multiple
impact of
shock waves and high
certain blasting distance，and calculate the blasting distance interval requiring to consider the multiple impact.
3 . 中国人民解放军91189部 队 ，江 苏 连 云 港 222041)
摘 要 ：为探讨爆炸冲击波和高速破片对固支方板的复合作用特性，设 计 端 部 预 制 破 片 的 T N T 近 爆试验。分析
了大尺度薄板在不同载荷情况作用下的毁伤形貌，根据试验结果提出了结合载荷强度和作用时间来判定是否发生复合作
第 38卷第3 期
振动与冲击
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
Vol.38 No.3 2019
爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究
郑 红 伟 陈 长海2& 侯海量2& 朱 锡 2& 黄晓明3& 李 茂 2 ( 1 . 海军驻国营四三一厂军事代表室，辽 宁 葫 芦 岛 125 004;2 .海 军 工 程 大 学 舰 船 工 程 系 ，武 汉 430033;
l l 基 金 项 目 ：国 家 安 全 重 大 基 础 研 究 （6 33050 03 ) ; 国 家 自 然 科 学 基 金
(1. Military Representative Office of Navy in No. 431 Plant，Huludao， Liaoning 125004，China； 2. Department of Naval Architecture Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033，China；

重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律研究

重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律研究

重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律研究重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律研究摘要：混凝土作为一种常见的结构材料，在工程实践中被广泛应用。

然而，在一些特殊情况下，如航空航天和军事防护领域，混凝土需要承受来自超高速撞击的冲击载荷。

本文通过数值模拟方法，研究了重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律，为混凝土结构的设计和改进提供了一些理论指导。

1. 引言混凝土作为常见的结构材料，具有良好的抗压性能和耐久性，因此被广泛应用于建筑工程和基础设施建设中。

然而，在一些特殊领域中，如军事防护和航空航天等，混凝土需要承受超高速撞击的冲击载荷。

在这种极端条件下，混凝土的性能表现出复杂的响应特征，对于混凝土结构的设计和改进，需要深入研究超高速冲击条件下混凝土靶体内应力波传播规律。

2. 研究方法本文采用了数值模拟方法研究了重金属弹体超高速撞击混凝土靶内应力波传播规律。

首先，利用软件进行靶体建模和网格划分。

然后，将重金属弹体的速度与撞击角度输入到模型中，并设置相应的边界条件。

接下来，通过求解动态方程，模拟了重金属弹体撞击的过程，并计算了混凝土靶体内的应力场和应力波传播情况。

最后，对模拟结果进行分析和讨论。

3. 结果与分析通过数值模拟，得到了重金属弹体超高速撞击混凝土靶的应力波传播规律。

首先，在撞击瞬间，混凝土靶受到冲击载荷，应力迅速传播形成波动。

随着时间的推移，应力波在混凝土体内以不同的速度和幅度传播，形成主要的压缩波和剪切波。

这些波动波及了整个混凝土靶体，导致局部的破坏和变形。

此外，应力波的传播速度和幅度与撞击点和撞击速度等因素有关。

4. 讨论通过本文的研究可以看出，在重金属弹体超高速撞击混凝土靶的过程中，混凝土靶体内的应力波传播非常复杂。

应力波的传播速度和幅度受到多种因素的影响，包括撞击点的位置、撞击角度和撞击速度等。

此外，在应力波传播过程中，混凝土靶体会受到局部的破坏和变形，这对于结构的抗冲击性能和耐久性提出了一定的要求。

破片对军用方舱的冲击毁伤效应研究

破片对军用方舱的冲击毁伤效应研究

遭 到攻 击 ， 必然 给我 军 的作 战行 动 造 成极 大 的损 失
薄 板
和影 响． 了对 军用方 舱采 取相 应 的防护措 施 ， 为 提高
防护 能力 ， 必须 对军 用方舱 破 片防护效 果进 行评 估 ，
图 １ 破 片 冲 击薄 板 ， 图 下意
由文献 ［ —２ 可 知 ， 片 穿 透单 层 靶 板 后 剩余 １ ］ 破第２ ４卷 来自 ４期 ２１ ０ ２年 ８月
军
械
工
程 学 院
学
报
Ｖ ｏ ．２ Ｏ． １ ４Ｎ ４
Ａ ｕｇ ０１ ．２ ２
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯｒ ｎ ｎ ｅ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｃｏｌｅ ｅ ｏ ｒ ａ ｄ ａ ｃ ｏ ｉ ｅ ｒｎ ｌｇ
破片对军 用方舱的冲击毁伤效应研究
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高破片率钢预制破片弹毁伤效能分析

高破片率钢预制破片弹毁伤效能分析

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冲击波 威力半 径计算 ］ ：
兄ｃ Ｈ ＝ ２． ６ ３ ｍ
其中： ｍ 为装药质 量 。 漏斗坑 体积计算
根据 《 弹丸设计 理论 》漏 斗坑体 积计 算公式 ：
毁 伤能 力较制 式杀爆 弹有显 著提 高 。
自然破 片数计算 … ：
Ｎ ｌ＝３ ５ ６ ８ ０ ｔ （ １一 ）￣ ／ ｍ
其 中： 为装 填 系数 ， ＝ｍ 。 ／ ｍ， ｍ 为装药 质量 ， ｍ为
弹丸 质量 。
密集杀 伤面积计 算公 式 ：
Ｓ ＝ １ ｒ Ｒ
ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｎ ｄａ ｒ ｄ ｂｏ ｍｂ． Ｔｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｔ ｏ ８ ｍ ｍ ａ ｒ ｍｏ ｒ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｂｕ ｒ ｓ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ

穿甲效应

穿甲效应
穿甲：高速或超高速运动的弹体对靶的侵彻和贯穿作用 弹体：完成穿甲过程的物体
靶：目标上直接受弹体作用的局部
侵彻：弹体在靶中的运动过程 贯穿：弹体穿透或通过靶的过程
终点效应学穿甲效应
4.1 概论
4.1.2 冲击速度
超低速：0—25m/s
低速：25—500m/s 中速：500—1300m/s
终点效应学穿甲效应
4.2 侵彻效应
4.2.1 Poncelet阻力定律与侵彻深度的计算
dv m c0 c1v c 2 v 2 A dt


dv mv c0 c2 v 2 A dx
2 c0 c 2 v0 m x ln c c v2 2c2 A 0 2
1 m2 W2 vl2 2 m mt
m 2 2 v v0 v50 m mt
2 r


终点效应学穿甲效应
4.4 瓣裂穿孔
•花瓣型穿孔现象
尖锐弹体侵彻具有一定延性的薄靶板，靶板自
碰撞点形成径向发散的“星形裂纹”，随着弹体的 推进，裂纹间的角料翘曲成花瓣状。
•研究的工程问题
剩余速度 过靶时间
4.1 概论
4.1.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 靶的破坏形式
侵彻破坏形式
终点效应学穿甲效应
4.1 概论
4.1.4 靶的破坏形式
贯穿破坏形式
终点效应学穿甲效应
4.1 概论
4.1.4 靶的破坏形式
贯穿破坏形式
终点效应学穿甲效应
4.1 概论
4.1.5 弹道极限速度
定义：弹体以特定
着角贯穿给定靶板
所需的最小着速， 表现为50%穿透概 率时的着速，简称 弹道极限。

球形破片对靶板极限穿透速度公式的建立

球形破片对靶板极限穿透速度公式的建立

球形破片对靶板极限穿透速度公式的建立球形破片对靶板极限穿透速度公式的建立1. 前言球形破片的穿透问题一直是军事科学研究的一个重要课题。

在实际应用中，我们需要了解球形破片对靶板的极限穿透速度，以便选取合适的材料和厚度作为防护。

2. 理论分析2.1 球形破片的穿透原理球形破片穿透靶板时，其动能转化为应变能，导致靶板的形变、破坏和穿透。

穿透过程中，破片的形状和速度、靶板的材料和厚度等因素都会影响穿透深度和速度。

2.2 极限穿透速度的定义极限穿透速度指的是球形破片在一定条件下，能够穿透靶板的最大速度。

其计算需要考虑到破片和靶板的物理特性、相对速度、入射角度等因素。

3. 公式推导3.1 弹性波理论根据弹性波理论，穿透深度与破片速度的平方成正比。

即：d ~ V^2其中，d为穿透深度，V为破片速度。

3.2 破片形状系数实际破片形状一般为不规则球形，因此需要引入形状系数K来补偿球形系数不足。

d ~ V^2 * K3.3 板材应变能理论根据板材应变能理论，穿透深度与板材强度和厚度的乘积成反比。

即：d ~ 1 / (σ * t)其中，σ为板材抗拉强度，t为板材厚度。

3.4 整合公式综合以上公式，可得到球形破片对靶板极限穿透速度公式：Vmax = (σ * t * K)^0.54. 应用举例以UHMWPE材料靶板为例，假定板厚为20mm，抗拉强度为300MPa，形状系数为0.8，则其极限穿透速度为：Vmax = (300 * 20 * 0.8)^0.5 ≈ 31.2 m/s因此，在实际使用中，若需要防护能力能够抵挡高速球形破片，UHMWPE材料靶板需要厚度达到或超过20mm。

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超高速破片对防护靶作用效应研究*刘春美1,冯顺山1,张旭荣2,何玉彬2(1北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京 100081;2第二炮兵装备研究院,北京 100086)摘 要:文中是在定性分析超高速碰撞产生的碎片云规律的前提下,在Swift模型的基础上作了一定的合理假设,研究了超高速破片对双层靶的作用效应,利用能量守恒原理得到了超高速破片碰撞空间双层结构形成的碎片尺寸、质量分布、碎片数量和碎片运动规律,最后求出碎片云特征破坏参数。

关键词:碎片云;作用效应;特征破坏参数中图分类号:TJ410 6 文献标志码:AThe Research on Hypervelocity FragmentEffects of Action to ShieldingLI U Chun mei1,FEN G Shun shan1,ZH AN G Xu r ong2,HE Y u bin2(1State K ey L abor ator y of Ex plosion Science and T echno lo gy,BIT,Beijing100081,China;2T he Seco nd A rtillerist Equipment Academy,Beijing100085,China)Abstract:Based on qualitative analysis of frag ment clo ud fo rming,some assumpt ions w ere pr esented under ly ing on Sw ift model and the effect s o f act ion r esear ch w as studied that hy per velo city profile impacted double str ucture.T hen it was arr ived that mean fr agment size,mass distr ibution,quantity and movement law s are arr ived on base of energ y and mo mentum balance principles.At last parameters o f char acter failur e of fr agment cloud are obtained.Key words:debris cloud;effects of action;parameter of cha racter failure1 引言超高速碰撞在靶板和破片中产生极高的压力,当板厚相对破片尺寸足够薄时,在冲击波后产生的稀疏波会使破片和靶板碎裂,从而在薄板后面形成碎片云。

如果冲击波强度足够高时,会产生大量的热量,碎片被熔化甚至汽化形成汽化云。

文中在分析碎片云形成及分析基础上研究了超速破片对双层靶的作用效应。

2 碎片云形成及分布规律如图1是一长细比为1的弹丸高速碰撞薄板时碎片云形成初期的示意图,前端形成的碎片薄层集中了主要破片和薄板材料。

图2是数值模拟得到的碎片云分布区域示意图[1],区域1是破片云团主体部分,它的动能近似占整个碎片云的80%,动量占67%。

区域2是碎片云的颈缩区,主图1 高速弹丸碰撞薄板碎片云形成初期示意图要是环状膨胀区。

区域3是由板材构成的周边区域,占有的动能和动量很小。

国内外对碎片云的分布规律作了大量的工作,一般描述碎片云分布采用两种形式,碎片数目随碎片质量的分布和碎片累积质量随碎片质量的分布。

美国圣地亚国家实验室的D.E.Drady和M.E.Kipp在碎片云分布规律方面做了大量的工作,他通过理论推导和实验数据分析得到了描述高速碰撞中的碎片薄层上单位面积碎片数目随碎片面积的分布规律[2-5],认为该薄层碎裂是*收稿日期:2006-10-08; 修回日期:2006-12-20作者简介:刘春美(1970-),女,山东烟台人,副教授,博士研究生,研究方向:弹药工程、灵巧弹药技术。

图2 数值模拟的破片云团分布区域示意图二维(面积)碎裂过程,并且薄层是有破片和薄板两种不同材料组成,在薄层上存在统计学意义上的两个 均匀 分布区域;美国陆军弹道研究所的Jame Dehn 从描述壳体爆炸产生的破片的Mott 分布着手,推导得到普遍适用的Weibull 破片分布规律[6];美国的M. D.Bjakman [7]认为碎片积累质量占总质量的质量比满足指数分布;苏联人在这方面也从事了大量研究[8],他们认为到达主结构板的碎片云累积质量满足高斯分布。

3 单枚破片对双层靶的作用效应3.1 碎片云模型通过对碎片云形成规律的分析和对大量的实验数据、图片以及数值模拟结果的观察,在Sw ift 模型的基础上作进一步假定,提出了供工程计算用的碎片云均匀分布模型(见图3)。

模型假定:1)碎片云的形成是一个二维(面积)破裂过程;2)忽略板材和碎片飞溅质量,并且破片和板材产生的碎片都集中在一很薄的球面上;3)碎片云的运动是球心直线运动和球面膨胀运动的叠加运动,并且所有碎片运动的起始点都在初始碰撞点,即初始碰撞点处球面半径为0;4)碎片云中破片和板材产生的碎片尺度分别均匀,且碎片数目在球面上分别均匀分布;5)碎片云运动过程中,碎片不相撞,到达后板时不重叠。

图3 碎片云模型示意图由假定可推导出,球面上任一点处的碎片在空中的运动轨迹是从初始碰撞点处出发的射线。

因此可以初始碰撞点为顶点划分为若干个飞散锥,通过确定每个飞散锥内碎片参数(数目、大小和速度)来确定最后到达后板上的碎片云的位置分布。

又由假定可以推导出,飞散锥与球面相交后得到前后两个相交球环面,前端的速度为v c +v e ,后端的速度为v c -v e ,如果飞散锥角度足够小,前后端碎片轴线速度分别近似相等。

由于前后端球环面都包括破片和板材产生的碎片,因此每个飞散锥内存在四类碎片:破片和板材分别产生的位于前端和后端的碎片。

3.2 飞散锥内碎片云参数计算3.2.1 碎片尺寸、平均质量及数量的计算对于超高速碰撞碎片粒子大小的计算,D.G.Grady 提出了两种计算方法,一种方法[2]根据碎裂过程中产生的表面面积的表面能,与局部惯性或动能相互成平衡的原理;另一种方法是考虑薄板高速碰撞碎裂过程的二维性,根据局部碎片动能与碎裂过程中耗散的塑性功互相平衡的原理,计算碎粒大小。

实际上两种方法都是基于能量守衡原理,只是考虑问题的角度不同而已,但前者比后者具有更广的适应范围。

文中采用第一种方法进行计算。

设在碎裂之前,膨胀的流体内部有一半径为a 的质量微元。

在碎裂时间完成后,此质量微元构成一有平均尺寸的碎粒。

假定碎裂过程中微元质心速度和动能平衡,只有相对于质心的动能T !,才可能反馈给碎裂过程。

T !看成是对碎裂起作用的局部动能,但它不会破坏局部动量守恒。

质量为d m 的球壳动能为:d T !=12r 2d m =2 r 2r 2d r 而 r =- 3 r式中:r 为球壳半径, r 为半径速度变化率, 为材料密度, 为密度变化率,因此相对于质心的动能为:T !=∀a0d T !=2 245a 5。

设A 为碎粒表面面积与体积之比,T 为单位体积的T !值,即局部动能密度,则:A =4 a 2(4/3) a 3=3aT =T !(4/ ) a 3=310 2A 2设 为合适温度下的表面能密度,则碎粒表面能密度!为:!= #A故碎粒总能量密度为:E(A )=T +!=310 2A 2+ #A 式中第一项是动能项,产生使断裂表面面积趋向增大的力;第二项为表面能项,产生阻止断裂表面面积出现的平衡力。

设在碎裂过程期间发生的力将使E(A )相对于A 最小,否则能量平衡将会打破。

有d E d A=0,得:A =3 2513此式提供了动载碎裂中造成的断裂表面面积可用热力学参数与运动学参数表示的关系。

可求得碎粒尺寸为:d =2a =6A =653213(1)如果碎片薄层是脆性碎裂过程,则有:∀= 3 , =K 21c2 C 2得到脆性断裂的碎片尺寸大小公式:d =[20#K 1c#C ∀]23(2)这里K 1c 为材料断裂韧性(N #m -3/2),C 为材料声速。

则碎粒平均质量为:m =16#d 3(3)根据以上公式可确定破片和板材产生的碎粒平均质量 m p 和 m t ,相应的碎片总数为:N p =M p m p ,N t =Mtm t(4)这里M p 、M t 为贡献给碎片云的破片和板材质量,分别为:M p =16 #d 3p # pM t =14#d 2hole #t #t (5)式中:d p 、 p 、d hole 、 t 分别为破片直径、材料密度和防护板前板穿孔直径、材料密度,t 为板厚,其中[9]:d hole =2 947#d pV pC p0 055V p C t0 339pt 0 028td p0 414+0 342d p (6)另外国内中科院力学所孙庚辰等整理实验结果得出破片穿孔直径的公式[10]:d hole d p=1 66(V p -1)0 5td p 0 5该式中弹靶材料相同均为硬铝,但没有考虑材料性质对穿孔的影响。

3.2.2 飞散锥内碎片轴向速度1)球面质心速度V c 和膨胀速度V e 的确定根据总能量守恒、质心动量守恒、弹丸对薄板碰撞中所损失的能量近似由破片对厚板侵彻成坑求出,可得到球面质心速度V c 和膨胀速度V e :V c =M pM p +M tV p(7)V e =11+M p M tM p M t V 2p -2(1+M p M t)/B t 1/2(8)这里唯一需要进一步确定的实验常数B ,文中直接引用J.G.Feldman 在三种铝板和五种钢板上作射流实验(速度<15km/s )得出的结论,单位体积弹坑所需要消耗的动能E p /#和靶板的布氏硬度B (BH N )成正比,即:E p#(J/cm 3)=26∃B (9)则可以求出B 。

九院用钢弹命中LY12靶板得出B =0.773∃10-9J/m 3(0.773∃10-3J/cm 3)。

2)飞散锥内碎片轴向速度已知飞散锥内球面前端的碎片速度为v c +v e ,后端的速度为v c -v e 。

取飞散锥内前后端球面中心的速度分别为它们的轴向平均速度,如图4所示。

先确定从碰撞点发出的射线与球面相交后角度∃与%1、%2的关系。

假设球面最前端正好运动到后板,前后板间隙为D,此时球面膨胀半径为R,则有:(D -R )/V c =R /V e ,即R =V e V c +V eD (10)而%与∃间有几何关系:R sin %D -R +R cos %=tan ∃得到:cos %1=-(D -R)tan 2∃+R 2+tan 2∃(2DR -D 2)R(tan 2(11)cos %2=-(D -R)tan 2∃-R 2+tan 2∃(2DR -D 2)R(tan 2(12)代入飞散锥角度∃e 和∃e +&∃得到cos %1前,cos %2前,cos %1后,cos %2后。