不同结构穿甲弹弹头侵彻金属靶板性能分析

大 口径机 枪发 射 的旋转 稳 定型 穿 甲子 弹 ， 由于受 到
飞行 稳定 性 的影 响 ， 弹丸 长 径 比不 能 大 于 ５ ． ５ 。万 文乾 、 龙 源等 研究 了在 相 同初 始 条 件 下 ， 长 径 比分 别为 １ ． ５ ， ２ ． ５ ， ４ ． ０ ， ５ ． ０的弹 体 对 钢筋 混 凝 土 靶 板 的侵 彻 一 ， 发 现随 着 长 径 比 的增 加 ， 弹体 穿 过靶
摘要 ： 为 了研 究头部 形状 对 穿 甲弹侵彻 性 能的 影响 ， 首 先建 立 了 ４种 头部 形 状 穿 甲弹 的有 限 元模
型， 然后 应 用 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｙ Ｎ Ａ软件 对模 型进 行 了数值 仿 真和 分析 ， 获得 了它们 的速度 衰减 曲 线及 其 变 化规律 。结果表 明 ， ４种 头部形 状 的弹 芯在斜 侵 彻 时的侵 彻 性 能 差 异 明显 ， 结构 方 案一 的 弹 芯在
板发 生严 重 的破 坏而失 去 防护 能力 ； 从 防御方 面考
种 特定 头部 形状 的弹 芯 ， 弹 芯 的 着 靶速 度 、 着 靶 角 也会 影 响侵彻 性 能 ， 而 且 它 们 之 间同 的侵彻 条件
在现代 战场上 ， 穿 甲弹对付 的 目标主要 为坦 克、 自行 火 炮 、 装 甲车 辆 、 飞机、 军 舰 以及 混 凝 土 工
程等 ， 其 中以坦克 为 主 。在 各 国不 断研究 穿 甲弹威
力 的 同时 ， 各 种 防御 工 事 的 防护 能力 也 在 不 断 提
板之后的剩余 速度逐渐增 加 ， 但增加 幅度越来越 小， 当长径 比大于 ５时， 弹丸剩余速度的增量 已很
的毁 伤 。 弹 丸 的 穿 甲 作 用 主 要 与 下 列 因 素 有
关＿ ２ Ｊ ： （ １ ）弹 丸 的质量 与速 度 ； （ ２ ）弹 丸 的 着靶
角度 ； （ ３ ）弹丸 的结构 ， 主要包 括 弹丸 头部形 状 、 弹
丸直 径 、 弹丸 长度 ； （ ４）弹 丸 的材料 性能 ， 主要 包括
比较了4种头部形状的弹芯在600ms700ms800ms900ms靶速度下垂直和斜侵彻金属靶板对4种结构方案弹芯的速度进行了分析得到了弹芯在垂直和斜侵彻时的极限速度以及斜侵彻时的最大速度方向改由仿真结果拟合的极限速度来看在垂直侵彻金属靶板的时候结构方案一的弹芯的剩余速度428ms结构方案三的弹芯的剩余速度为415ms在4种结构的弹芯中结构方案三的弹芯的侵彻性能最好但相比于结构方案一的弹芯优势不是太明显
下对 靶板 的侵 彻 效 应 具 有 重要 的 意义 。本 文 主要
虑， 主要研 究新 型 的装 甲防 护 ， 使 弹 丸 快 速 消 耗 能 量， 例如 采用 多层 间 隔装 甲或 复合装 甲。将坦 克 的 前装 甲与水平 面设 置 一个倾 角 ， 使穿 甲弹在撞 击金
分 析弹 芯头 部形状 对侵 彻性 能 的影 响 。
２ ０ １ ４年 １ 月 第４ ３卷 第 １期
机械设计与制造工程
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
Ｖｏ １ ． ４３ Ｎｏ． １
小 。弹 芯 的头部形 状 对侵彻 性 能有很 大 的影 响 ， 特
别是 在对 靶板 开坑 阶段 的时 候 。用 枪 弹 打击 目标 时， 不 同距 离处 的 目标 弹 丸着靶 速度 也不 同。对某
高ｌ ｌ Ｊ 。对 于穿 甲侵 彻 问题 的 研 究 ， 从 进 攻 方 面 考 虑， 主要 研究 弹 丸 如何 能 够 有 效 地 击 穿靶 板 ， 使 靶
属靶板时存在一个着靶角 ， 不但使弹头侵彻装 甲时
的有 效厚 度增 加 ， 还 能 使 弹 头 速 度 方 向发 生 偏 转 ，
通过 改变 弹 头 的运 动 轨迹 来 减 小 弹 丸 对 靶 后 目标
１ 数 值 仿 真 分 析 法
数值仿 真分析法 中的有 限元 法是研究侵彻 问题 时使用 较多 的方 法 。该方法将 连续介质 用有 限个单 元进行 离散化 ， 把连 续 的微 分方 程组 简 化成 离 散方
斜 侵彻 时的极 限速 度 最小 ， 其 最 大速度 方 向改 变 角也 最 小 ， 综合侵 彻性 能 最好 。
关 键词 ： 穿 甲弹 ； 垂 直侵彻 ； 斜 侵彻 ； 数值 仿 真 中图分 类 号 ： Ｔ Ｊ ４ １ ３ ． ２ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５— ５ ０ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） Ｏ ｌ一 ０ ０ ３ １— ０ ４
弹丸的硬度 、 强度等 ； （ ５ ）弹丸的着靶姿态 ， 主要是
攻角 的影 响 ； （ ６ ） 目标 靶 板 的性 能 ， 主 要 包 括 靶板
的机 械性 能 、 相对 厚度 等 。 穿 甲弹 主要 的穿 甲部件 为 弹 丸 内部 的穿 甲弹
芯， 弹芯 的结 构对 侵彻 性能 有很 大 的影 响 。对 于用
程组 ， 通 过数值计算方 法求得问题的近似解
。
在分析侵彻 问题时， 常用 Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ 算法 、 Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ 算法
和Ａ Ｌ Ｅ算 法 。Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ算 法 是 将 网格 依 附在 材 料 上， 单元 网格随着材 料的流动 而发生 变形 ， 物体 形状 的变化 与 网格 的 变化 相一 致 ， 但 是在 处 理 大变 形 问 题时， Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ算 法可 能 会 由于 网格 的 畸变 而 使计 算 困难 ， 甚至无法求解 ， 而在 Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ 算 法 中， 材料在 固 定不 动的 网格 中流动 ， 适 用 于处 理流 体 问题 和 大变 形 问题 。但对 于分 析 固体 物质 的变 形 ， 常需 要 非 常
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ５ ０ ９ Ｘ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ０ ８
不 同结 构 穿 甲弹 弹 头侵 彻 金 属 靶 板 性 能分 析
吴 凯， 王 涛， 沈 杰
２ １ ０ ０ ９ ４ ） （ 南京 理工 大学 机 械工 程学 院 ， 江苏 南 京