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高速碰撞过程中应变硬化材料靶动态响应研究梁龙河;曹菊珍;李恩征【摘要】给出了适用于可压缩、弹塑性、按幂次律应变硬化材料的动态柱形腔膨胀模型和侵彻模型,并编制了相应的计算程序.腔膨胀模型给出靶中应力分布情况,侵彻模型根据腔膨胀模型的有关结果来预估具有锥形头部的刚性弹丸侵彻半无限厚靶的最终侵彻深度以及贯穿薄靶时的弹丸剩余速度和弹道极限速度.给出了钨合金弹丸正碰5083-H131铝靶和钢弹丸正碰6061-T651铝靶的一些计算结果,计算结果与实验结果及二维拉氏弹塑性LTZ-2D程序的数值模拟结果符合得很好.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2003(017)004【总页数】7页(P261-267)【关键词】柱形腔膨胀;应变硬化材料;侵彻;贯穿【作者】梁龙河;曹菊珍;李恩征【作者单位】北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088;北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088;北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088【正文语种】中文【中图分类】O3851 引言Bishop等[1]于1945年及Hill[2]于1950年推导了球形腔和圆柱形腔的准静态膨胀方程,并将方程的解用于估算头部为锥形的侵彻体上的载荷。
后来,Goodier[3]于1965年提出了用于研究刚性球侵彻金属靶的模型。
从20世纪80年代后期开始,柱形腔膨胀解被用于模拟对岩石[4]、混凝土[5]以及金属靶[6～9]的侵彻和穿透过程。
对侵彻问题的研究除了实验方法,常用的方法还有数值模拟方法,用于模拟的大型程序有MEPH、EPIC、FCM、LTZ-2D等。
但这些大型计算程序,需要大型计算机系统和大量计算时间,而且因为要考虑材料的弹塑性效应就需要有较多的材料常数。
而从腔膨胀理论得出的理论估算方法是一种简化模型,因此可以用微机进行处理,即快又方便,其结果也可以为完善大型计算程序提供参考数据。
本研究参考文献[6,7]导出了应变硬化材料的动态柱形腔膨胀模型和侵彻模型,编制了相应的计算程序。
第20卷 第11期 装 备 环 境 工 程2023年11月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING ·1·收稿日期：2023-05-25；修订日期：2023-08-14 Received ：2023-05-25；Revised ：2023-08-14基金项目：国家安全重大基础研究（14021005020302）Fund ：Major Basic Research Projects on National Security (14021005020302)引文格式：王存洪, 郑文凯, 吴翰林, 等. 贫铀合金球对Q235钢靶侵彻性能研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(11): 1-7.WANG Cun-hong, ZHENG Wen-kai, WU Han-lin, et al. Penetration Performance of Depleted Uranium Alloy Ball on Q235 Steel Target[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(11): 1-7. *通信作者（Corresponding author ）贫铀合金球对Q235钢靶侵彻性能研究王存洪，郑文凯，吴翰林，曹玉武，孙兴昀*（西安近代化学研究所，西安 710065）摘要：目的 研究贫铀合金球对Q235钢靶的侵彻行为，为贫铀合金材料侵彻行为的深入研究以及在战斗部中广泛应用提供支撑。
方法 采用Johnson-Cook 强度模型和失效模型建立贫铀合金球撞击Q235钢靶的模型，利用Abaqus/explicit 模块模拟研究贫铀合金球初速与尺寸对剩余速度、扩孔面积、侵彻深度的影响，并对结果进行分析。
结果 通过试验与模拟得到了贫铀合金球的穿靶极限速度，两者结果基本吻合，验证了模型参数的准确性。
脉冲激光烧蚀铝合金靶的实验研究与数值模拟焦路光;赵国民;陈敏孙【摘要】通过实验测量与数值模拟的紧密结合,研究了毫秒级脉冲激光对铝合金板的烧蚀效应.实验研究方面,测量了1053 nm固体脉冲激光辐照下,铝合金单板的烧蚀过程及温升规律.数值模拟方面,采用完全喷射烧蚀模型,建立了金属靶温度变化及烧蚀的数值模型.数值模拟结果与实验结果相符较好,表明所建立的二维轴对称烧蚀模型可以近似描述实验中的烧蚀效应.本文建立的数值模型亦可推广至三维情形.%Ablation effects induced by millisecond pulse laser were investigated by experiment measurement and numerical simulation.The ablation process and temperature rise rule of single aluminum alloy plate were measured under 1053 nm solid pulse laser irradiation.The numerical model of temperature change and ablation process of the aluminum alloy plate was established by using complete jetting ablation model.The numerical results agree well with the experimental results,which proves that the ablation model is effective.The numerical model can extend to three-dimensional situation.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)007【总页数】4页(P799-802)【关键词】激光与物质相互作用;1053nm脉冲激光;烧蚀;数值计算【作者】焦路光;赵国民;陈敏孙【作者单位】军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京 100850;国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙 410073;国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TN249激光应用的基础是激光与物质相互作用的研究,主要是激光辐照材料、结构物、光学器件、光电探测器和生物体所引起的各种力学、物理、化学和生物学效应[1]。
第38卷 第6期爆炸与冲击V o l .38,N o .62018年11月E X P L O S I O N A N DS HO C K WA V E SN o v .,2018D O I :10.11883/b z y c j -2017-0210文章编号:1001-1455(2018)06-1278-08圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角*蓝肖颖1,李向东1,周兰伟1,宫小泽2,姚志军2(1.南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;2.中国白城兵器试验中心,吉林白城137001) 摘要:采用理论计算㊁数值模拟与实验相结合的方法,研究了直径5.7mm ㊁长6.7mm 的圆柱形破片以800~1200m /s 的速度撞击2~10mm 厚铝靶时的跳飞特性㊂建立了破片斜侵彻有限厚靶板的跳飞临界角理论模型,计算得到破片跳飞临界角与破片入射速度㊁靶板厚度的关系,并与模拟值㊁实验值对比,三者吻合较好㊂结果表明:破片撞靶速度相同时,随着靶板厚度的增加,破片的跳飞临界角减小㊂靶板厚度相同的情况下,在所计算的速度范围内,入射速度越大,破片跳飞临界角越大㊂速度在800~1200m /s 时,破片撞击2mm 厚靶板的跳飞临界角为81ʎ~81.25ʎ;撞击4mm 厚靶板的跳飞临界角为72.5ʎ~76.25ʎ㊂ 关键词:破片;跳飞临界角;L S -D Y N A ;有限厚铝靶 中图分类号:O 385;T J 410 国标学科代码:13035 文献标志码:A破片是很多战斗部杀伤目标的毁伤元素,是用于穿透部件结构㊁杀伤有生力量㊁毁坏战场目标的功能部件㊂当破片以大着角撞击目标或部件蒙皮时,靶板的反作用力使破片运动方向发生偏转,破片会在翻转力矩作用下发生跳飞,无法持续侵入靶板㊂破片跳飞影响其后续侵彻能力,达不到预定的毁伤效果,因此研究破片跳飞的条件及影响因素对战斗部设计和毁伤效能评估等都具有非常重要的意义㊂相关的研究主要针对长径比较大的弹丸(如穿甲弹㊁榴弹等)㊂赵国志[1]建立了长杆弹斜侵彻有限厚钢板的简化模型,得出了长杆弹发生跳飞的条件㊂吴荣波等[2]对弹丸以不同入射角侵彻半无限厚靶板进行了数值模拟,得出入射角不大于75ʎ不能发生跳飞的结论㊂董玉财等[3]研究了钨合金长杆体侵彻薄装甲钢靶板上的跳飞特性,得出随着靶板厚度的增加,着角因素对跳飞的影响呈强化趋势,而靶板厚度因素呈逐渐弱化趋势的结论㊂米双山等[4]利用数值模拟方法研究了球形破片侵彻不同厚度靶板的过程,得出了破片穿透靶板和跳飞的临界值㊂T a t e [5]㊁R o s e n b e r g 等[6]㊁S e g l e t e s [7]分别建立了关于长杆弹的不同跳飞模型,但模型均未考虑到靶板厚度对跳飞角的影响[5-7]㊂Z o o k 等[8]利用X 光摄影实验的方法对钢球冲击铝板的现象进行了研究,实验得到破片斜侵彻过程中速度衰减规律与靶板厚度㊁入射角度的关系㊂本文中主要研究圆柱形破片(3.13g )以800~1200m /s 的速度撞击有限厚铝板时的跳飞临界角,并分析靶板的厚度㊁入射速度对跳飞临界角的影响㊂图1破片撞击靶板跳飞过程示意图F i g .1R i c o c h e t p r o c e s s o f f r a g m e n t i m p a c t i n g t a r ge t p l a t e 1 破片跳飞临界角计算模型1.1 破片斜侵彻过程受力分析当破片以较大的入射角撞击靶板时,在靶板抗力的作用下,破片的运动方向发生改变,出现跳飞㊂过程如图1所示㊂破片撞击侵入靶板的各个状态如图2所示,图*收稿日期:2017-06-16;修回日期:2017-08-09基金项目:国家自然科学基金面上项目(11572159) 第一作者:蓝肖颖(1993 ),女,硕士;通信作者:李向东,l i x i a n g d @n ju s t .e d u .c n ㊂图2破片斜侵彻有限厚靶板示意图F i g .2F r a g m e n t o b l i q u e l yp e n e t r a t i n g t a r ge t of l i m i t e d t h i c k n e s s 2(a )表示破片刚接触靶板,图2(b )表示破片在靶板中运动至靶板底面的过程,图2(c)表示破片开始穿出靶板一定距离㊂为了便于分析破片的受力及跳飞条件,假设破片撞击侵入靶板过程中不变形㊂破片受力情况如图2(b )所示,侵彻阻力F 1㊁F 2等于靶板强度极限乘以破片和靶板的接触面积[9],即:F 1=σt S 1(1)F 2=σt S 2(2)式中:σt 为靶板材料强度极限;S 1㊁S 2分别为破片前端和侧面与靶板的接触面积,即分别为图2(b )中A B 段所对应的面积和B C 段所对应的面积㊂接触面积的计算分两种情况,即破片未穿出靶板和破片部分穿出靶板:S 1=πr 2a r c c o s 1-l r t a n æèçöø÷α180+A l c o s αɤhA -A 1+πr 2a r c c o s 1-l r t a n æèçöø÷α-a r c c o s 1-d æèçöø÷éëêêùûúúr 180+A l c o s α>ìîíïïïïh (3)S 2=2r ll c o s αɤh2r H -l +h c o s æèçöø÷α l c o s α>{h(4)式中:r 为破片半径,H 为破片的高度,h 为靶板厚度,l 为撞击过程中破片在靶板内的运动距离,α为速度方向与靶板法线方向的夹角,L 为破片未穿出靶板前侵入靶板的距离,d 为破片前端穿出靶板的距离㊂其中l ㊁A ㊁A 1㊁d ㊁L 的表达式分别为:l =ʏtv d t(5)A =l t a n α-æèçöø÷r l t a n α2r -l t a n æèçöø÷α(6)A 1=d -()r 2r d -d2(7)d =l -h /c o s ()αt a n α(8)L =ʏt 0v d t ʏtv d t ɤH H ʏtv d t >ìîíïïïïH (9)1.2 破片的运动及跳飞条件作用在破片质心的力矩M c 使破片在侵彻过程中发生偏转,使速度方向与靶板法线方向的夹角α在侵彻过程中发生变化㊂α与破片角速度ω的关系为:α=α0+ʏωd t (10)式中:α0为破片撞靶时速度方向与靶板法线的夹角(入射角)㊂破片偏转的角速度与角加速度的关系为:9721 第6期 蓝肖颖,等:圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角d ω=εd t =M cJ cd t (11)式中:J c 为破片绕质心转动惯量㊂作用在破片质心的力矩M c 与破片受到的侵彻阻力F 1㊁F 2有关,所受的阻力矩M 1㊁M 2分别为:M 1=F 1l 2t a n α-æèçöø÷r 0<l <r t a n α-F 1l 2t a n αr t a n αɤl ɤ2r t a n ìîíïïïïα(12)M 2=F 2L 20<l <H 2F 2H -()L H 2ɤl ɤH -F 2l l >ìîíïïïïïïH(13) 由式(12)~(13),可求出作用在破片质心的力矩:M c =M 1+M 2㊂结合式(10)~(11)可求出任意时刻的α角㊂在力F 1和F 2的作用下,破片速度减小,如图2所示,取向下为正,若出现跳弹现象,破片剩余速度在y 轴的分量必会反向,即沿着y 轴的速度分量小于0时跳飞㊂综合以上式子可得:d vd t =-F 1+F 2/t a n αm(14) 由式(14)可求得v ,当v y =v c o s α<0时,破片跳飞,由此可求得破片跳飞临界角αc r ㊂1.3 破片跳飞临界角计算根据上述模型,计算了圆柱形破片以800~1200m /s 的速度撞击2~10mm 厚的2A 12T 4铝板时的破片跳飞临界角㊂其中,破片材料为钨,密度为18.3g /c m 3,直径5.7mm ,高度6.7mm ,质量3.13g㊂靶板密度为2.8g /c m 3,强度极限420M P a㊂计算结果如表1所示㊂表1计算得到的破片侵彻靶板跳飞临界角T a b l e 1C a l c u l a t e d r e s u l t s o f c r i t i c a l r i c o c h e t so f p e n e t r a t o r s i m p a c t i n g t a r ge t s 靶板厚度/mmαc r/(ʎ)800m /s 1000m /s 1200m /s2818283475777867072748697173106870722 跳飞过程及临界角的数值模拟在800~1200m /s 的速度范围内,对圆柱形钨破片侵彻铝板的跳飞过程进行了数值模拟,计算破片撞击不同厚度(2~10mm )铝板的跳飞临界角,本节以4mm 靶板为例分析跳飞的过程㊂2.1 模拟计算模型 采用L S -D Y N A 有限元软件计算圆柱形破片斜侵彻2A 12T 4铝合金靶板的过程㊂破片和靶板单元类型均选择S O L I D 164,网格单元采用八节点六面体㊂对破片直接作用的靶板区域加密,加密部分单元尺寸为1mm ,其余部分网格划分相对稀疏㊂破片与靶板的接触方式为E R O D I N G _S U R F A C E _T O _S U R F A C E ,破片和靶板均采用J o h n s o n -C o o k 材料模型和G r ün e i s e n 状态方程㊂对靶板侧面施加全自由度约束和非反射边界约束㊂采用侵蚀算法,并与失效准则连用,当单元的有效塑性应变达到失效应变或者单元压力达到最小压力时,则单元失效,计算中失效的单元将被删除[10]㊂J o h n s o n -C o o k 模型的应力应变关系为:σy =A +B ε-n()p 1+c l n ε㊃()*1-T *()m(15)式中:A ㊁B ㊁C ㊁n 为材料常数;m 为温度系数;ε-p 为有效塑性应变;ε㊃*=ε-㊃p/ε㊃0为有效塑性应变率;T *=0821爆 炸 与 冲 击 第38卷T -T ()r /T m -T ()r ,T *为无量纲温度;T r 为室温;T m 为熔化温度㊂J o h n s o n -C o o k 失效模型应用了累计损伤的概念来考虑温度㊁应变和应变率效应㊂单元的损伤度定义为D =ðΔεpεf,D 表示单个单元的损伤,当D =1.0时材料失效;Δεp 为塑性应变增量;εf 为失效应变,定义为:εf =D 1+D 2e x p D 3σ()[]*(1+D 4l n ε*)(1+D 5T *)(16)式中:σ*=p /σ-为压力与等效应力的比值;D 1㊁D 2㊁D 3㊁D 4和D 5为材料常数㊂计算时采用G r ün e i s e n 状态方程,对可压缩材料,压力的表达式为:p =ρ0c 2μ1+1-γ0æèçöø÷2μ-a 2μéëêêùûúú21-S 1-()1μ-S 2μ2μ+1-S 3μ3μ+()1éëêêùûúú22(17)式中:S 1㊁S 2㊁S 3是u s -u p 曲线斜率的系数;c 为体积声速;γ0是G r ün e i s e n 常数;μ=ρ/ρ0-1,ρ是当前密度,ρ0是初始密度;a 是γ0的一阶体积修正㊂具体的材料参数如表2所示㊂表中,ρ㊁E ㊁μ分别为材料的密度㊁杨氏模量㊁泊松比;A 为与材料屈服极限相关的常数;B ㊁C ㊁n 为与材料的应变硬化及应变率相关的系数;m 为温度系数㊂表2J o h n s o n -C o o k 材料参数T a b l e 2J o h n s o n -C o o km a t e r i a l pa r a m e t e r s 材料ρ/(g ㊃c m -3)E /G P a μA /M P a B /M P a CnmT m /K T r /K 钨18.33500.2818061770.0160.121.014502942A 12T 4铝2.79769.60.332654260.0150.341.0775.52942.2 数值模拟结果及分析在数值模拟过程中,通过每次改变1ʎ入射角来计算破片撞击靶板时的跳飞临界角㊂图3~4所示为破片以1000m /s 着速撞击4mm 厚靶板时数值模拟的过程㊂如图3所示,入射角为77ʎ时,破片先开坑,然后随着侵彻的进行沿着靶板表面向前运动,继续侵彻靶板,最终穿透4mm 板㊂由于77ʎ时破片没有发生跳飞,因此将入射角增大到78ʎ重复上述计算㊂如图4所示,在84μs 时破片翻转跳飞㊂破片的速度及姿态说明破片在侵彻过程中发生了跳飞㊂图5为破片分别以77ʎ㊁78ʎ入射角㊁图3入射角为77ʎ时破片的侵彻过程F i g .3P r o c e s s o f f r a g m e n t s p e n e t r a t i n g t a r g e t a t α0=77ʎ图4入射角为78ʎ时破片的侵彻过程F i g .4P r o c e s s o f f r a g m e n t s p e n e t r a t i n g t a r g e t a t α0=78ʎ1821 第6期 蓝肖颖,等:圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角1000m /s 的速度撞击4mm 厚靶板时,破片速度沿靶板法线方向的分量随时间的变化曲线㊂由图5可知,入射角为77ʎ时,破片速度分量方向并没有改变;78ʎ时,破片速度分量方向改变,发生跳飞㊂结合图3~4的模拟结果可知,当破片沿着靶板法线方向的速度分量方向改变时,发生跳飞现象㊂如图6所示,破片开始侵彻靶板时,受到靶板的阻力,破片与靶板的夹角逐渐增大,若破片跳飞,角度会继续增大㊂图5破片剩余速度沿靶板法线方向的分量随时间的变化F i g .5v y-t c u r v e s o f n o r m a l v e l o c i ty 图6破片轴线与靶板平面的夹角随时间的变化F i g .6V a r i a t i o no f a n g l eb e t w e e n f r a gm e n t a x i s a n d t a r ge tw i t h t i m e 图7破片跳飞临界角与入射速度㊁靶板厚度的关系F i g .7R e l a t i o no f c r i t i c a l r i c o c h e t a n gl ew i t h i n c i d e n t s p e e da n d t a r g e t t h i c k n e s s 取跳飞和不跳飞情况入射角的平均值作为跳飞临界角,因此,以1000m /s 撞击4mm 靶板时的临界跳飞角为77.5ʎ㊂重复上述过程计算得到破片以800~1200m /s 的速度撞击2~10mm 靶板时的跳飞临界角㊂图7为理论计算得到的破片跳飞临界角与破片入射速度㊁靶板厚度之间的关系㊂由图7可知,破片的跳飞临界角随着靶厚的增加而减小,随着速度的增大而增大㊂由图7可知,数值模拟计算结果和理论模型计算结果吻合较好㊂3 破片撞击铝靶跳飞临界角实验3.1 实验方法为了验证上述模型的正确性,进行了破片以不同速度撞击不同厚度靶板的实验㊂实验装置如图8所示,由弹道枪㊁破片测速系统(测速靶和测试仪组成)㊁靶板㊁高速录像机等组成,具体的实验场地布置如图9所示㊂通过弹道枪控制并获取破片的撞靶速度;破片测速系统测试破片撞靶时的速度;高速录像记录撞靶过程,并判断破片是否跳飞㊂图8实验系统的组成F i g .8E x p e r i m e n t s ys t e m 2821爆 炸 与 冲 击 第38卷图9实验现场布置照片F i g .9E x p e r i m e n t s e t u p实验时靶板厚度选用2㊁4mm 两种,控制破片以800~1100m /s 的速度撞击铝靶板㊂通过调整靶板的放置倾角控制破片撞靶时的入射角㊂若破片没有跳飞,则增大入射角度重复实验;若破片跳飞,则减小入射角度㊂当不跳飞的最大入射角和跳飞的最小入射角之差小于3ʎ时,取两角度的平均值作为破片的跳飞临界角㊂如图10所示为高速摄影记录的破片斜撞击4mm 厚靶板过程㊂当撞击角度为75ʎ㊁速度为1060m /s 时,破片穿透了靶板;增大角度至77.5ʎ,速度为1053m /s 时,破片撞板之后发生跳飞㊂图10高速摄影记录的实验过程F i g .10E x p e r i m e n t p r o c e s s r e c o r d e db y h i g hs pe e d c a m e r a 3.2 实验结果及分析参考理论及数值模拟结果,使破片以800~1200m /s 的速度分别以80~85ʎ的入射角撞击2mm 厚靶板,70~80ʎ入射角撞击4mm 厚靶板,共进行了26发实验㊂由于实验数据较多,因此节选跳飞临界角附近的实验结果数据,如表3所示㊂表4为实验得到的破片在不同速度范围内撞击不同厚度靶板时的跳飞临界角㊂实验得到破片撞击2mm 厚靶板的跳飞临界角为81ʎ~81.25ʎ,破片撞击4mm 厚靶板的跳飞临界角为72.5ʎ~76.25ʎ㊂表3破片撞击靶板实验结果T a b l e 3E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f f r a g m e n t i m p a c t i n g t a r ge t 靶板厚度/mm 入射角/(ʎ)入射速度/(m ㊃s-1)是否跳飞靶板厚度/mm 入射角/(ʎ)入射速度/(m ㊃s-1)是否跳飞280.0812否470.0862否280.0980否472.5907否282.0822是473.8833是282.5997是473.8921否282.51015是475.0868是282.51042是475.01060否285.01059是477.5970是280.01064否477.51053是3821 第6期 蓝肖颖,等:圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角表4破片撞击靶板跳飞临界角对比T a b l e 4R e s u l t s o f c r i t i c a l r i c o c h e t s o f f r a g m e n t i m p a c t i n g t a r ge t 靶板厚度/mm222444入射速度/(m ㊃s-1)800~900900~10001000~1100800~900900~10001000~1100跳飞角度/(ʎ)81.0081.2581.2572.576.2576.254 理论、计算及实验结果的对比分析 图11(a )~(b )为破片以980m /s 的速度㊁82.5ʎ的入射角撞击2mm 厚靶板的实验和数值模拟切口情况,实验靶板上的切口长59mm ㊁宽10mm ;模拟切口长66mm ㊁宽7.5mm ㊂图11(c )~(d )为破片以950m /s 的速度㊁75ʎ的入射角撞击4mm 厚靶板的实验和模拟靶况,实验靶板上的切口长47mm ㊁宽8mm ;模拟切口长50mm ㊁宽9.5mm ㊂对比实验和模拟结果,破片撞击靶板后,靶板上切口形状相似,但模拟得到的切口长度比实验得到的长10%左右㊂这是因为模拟时,靶板单元的有效塑性应变达到失效应变时,单元将被删除[10]㊂图11实验及模拟靶板切口对比图F i g .11E x p e r i m e n t a l a n d s i m u l a t e d t a r ge t c r a t e r s 图12理论计算值㊁实验值㊁模拟值的对比F i g .12C o m p a r i s o no f c a l c u l a t e d ,e x pe r i m e n t a l ,a n d s i m u l a t e d r e s u l t s图12为破片跳飞临界角理论计算值㊁模拟值与实验值的对比㊂由图12可看出,破片以800m /s 的速度撞击4mm 板时的理论计算结果㊁模拟结果和实验数据的偏差最大,这可能是因为实验中存在小攻角的情况,但总体数值模拟计算和实验结果的最大偏差为1.8%㊁理论计算和实验结果最大偏差为3%㊂对比表明,理论计算结果㊁模拟结果和实验结果是一致的㊂说明所建立的理论跳飞模型及数值计算方法是正确的㊂5 结 论(1)破片撞击靶板的速度相同时,随着靶板厚度的增加,破片的跳飞临界角减小;靶板厚度相同的情况下,在所计算的速度范围内,入射速度越大,破片跳飞临界角越大㊂(2)本文中所建立的理论模型与数值模拟计算结果和弹道实验结果一致性较好,表明所建立的理论模型能够有效预测破片斜侵彻有限厚靶板的跳飞临界角,可为装甲的破片防护设计㊁战斗部设计及毁伤效能评估提供参考㊂4821爆 炸 与 冲 击 第38卷参考文献:[1] 赵国志.长杆弹斜侵彻有限厚钢甲的简化模型[J ].兵工学报,1989,10(4):1-8.Z HA O G u o z h i .As i m p l i f i e dm o d e l f o r t h e o b l i q u e p e n t r a t i o no f a l o n g ro d i n t o a p l a t e o f f i n i t e t h i c k n e s s [J ].A c t a A r m a m e n t a r i i ,1989,10(4):1-8.[2] 吴荣波,陈智刚,王庆华.入射角对跳弹现象影响的数值模拟[J ].设计与研究,2011,10(38):18-32.WU R o n g b o ,C H E NZ h i g a n g ,WA N G Q i n g h u a .N u m e r i c a l s i m u l a t i o no n t h e i m p a c t e f f e c t o f i n c i d e n c e a n g l e i m -p a c t i n g r i c o c h e t [J ].D e s i gna n dR e s e a r c h ,2011,10(38):18-32.[3] 董玉财,杜忠华,刘荣忠,等.钨合金长杆体高速撞击薄钢板的跳飞研究[J ].弹道学报,2014,26(1):73-77.D O N G Y u c a i ,D U Z h o n g h u a ,L I U R o n g z h o n g ,e t a l .R e s e a r c ho nr i c o c h e to f t u n g s t e na l l o y l o n g r o d i m p a c t i n gt h i n s t e e l t a r g e tw i t hh i g h -v e l o c i t y [J ].J o u r n a l o fB a l l i s t i c s ,2014,26(1):73-77.[4] 米双山,张锡恩,陶贵明.钨球侵彻L Y -12铝合金靶板的有限元分析[J ].爆炸与冲击,2005,25(5):477-480.M I S h u a n g s h a n ,Z HA N G X i e n ,T A O G u i m i n g .F i n i t e e l e m e n t a n a l y s i so f s p h e r i c a l f r a g m e n t s p e n e t r a t i n g LY -12a l u m i n u ma l l o y t a r g e t [J ].E x pl o s i o na n dS h o c k W a v e s ,2005,25(5):477-480.[5] T A T E A.As i m p l e e s t i m a t e o f t h em i n i m u mt a r g e t o b l i q u i t y r e q u i r e d f o r t h e r i c o c h e t o f a h i g h s p e e d l o n g r o d p r o -j e c t i l e [J ].J o u r n a l o fP h y s i c sD :A p p l i e dP h ys i c s ,1979,12(11):1825-1829.[6] R O S E N B E R GZ ,Y E S HU R U N Y ,MA Y S E L E S S M.O n t h e r i c o c h e t o f l o n g r o d p r o j e c t i l e s [C ]ʊP r o c e e d i n g so n t h e 11t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u mo nB a l l i s t i c s .J e r u s a l e m ,1989:501.[7] S E G L E T E SSB .A m o d e l f o r r o dr i c o c h e t [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g ,2006,32(9):1403-1439.[8] Z O O KJ .A na n a l y t i c a lm o d e l o f k i n e t i c e n e r g yp r o j e c t i l e /f r a g m e n t p e n e t r a t i o n [R ].A r m y B a l l i s t i cR e s e a r c hL a b A b e r d e e nP r o v i n g G r o u n d M D ,1977.[9] G O L D S M I T H W.R e v i e wn o n -i d e a l p r o j e c t i l e i m p a c t o n t a r g e t s [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g ,1999,22:95-395.[10] 赵国志.穿甲工程力学[M ].北京:兵器工业出版社,1992:106-107.C r i t i c a l r i c o c h e t a n g l e o f c y l i n d r i c a l t u n g s t e n f r a g m e n t i m p a c t i n g a l u m i n u mt a r ge t L A N X i a o y i n g 1,L IX i a n g d o n g 1,Z H O U L a n w e i 1,G O N G X i a o z e 2,Y A OZ h i ju n 2(1.S c h o o l o f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,N a n j i n g 210094,J i a n gs u ,C h i n a ;2.B a i c h e n g O r d n a n c eT e s tC e n t e r o f C h i n a ,B a i c h e n g 137001,J i l i n ,C h i n a )A b s t r a c t :I n t h e p r e s e n t s t u d y ,w e p e r f o r m e d t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n ,n u m e r i c a l s i m u l a t i o n a n d e x p e r i -m e n t a l t e s t t o i n v e s t i g a t e t h e r i c o c h e t p e r f o r m a n c eo f c y l i n d r i c a l f r a g m e n t s .T h e f r a gm e n t ,5.7mm i nd i a m e t e r a n d 6.7mmi n l e n g t h ,i m p a c t e d a l u m i n u m p l a t e s 2-10mmi n t h i c k n e s s a t s pe e d s of 800-1200m /s .At h e o r e t i c a lm o d e l o f t h e r i c o c h e tw a s e s t a b l i s h e d ,t h e r e l a t i o nb e t w e e n t h e c r i t i c a l a n -g l e a n d th ei n i t i a l v e l o c i t y a n d t h e t h i c k n e s s o f t h e t a r g e t p l a t ew e r e o b t a i n e d .T h e r e s u l t s o f t h e o r e t i -c a l c a l c u l a t i o na g r e e dw e l l w i t hb o t h t h e s i m u l a t i o n a nde x p e r i m e n t .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e h i gh e r t h e i m p a c t i n g v e l o c i t y ,t h e l a r g e r t h ec r i t i c a l r i c o c h e t a n g l e ;a n dt h e t h i c k e r t h e t a r g e t ,t h es m a l l e r t h e c r i t i c a l r i c o c h e t a n g l e .W h e n a f r a g m e n t i m p a c t s a 2mmt a r g e t p l a t e a t 800-1200m /s ,t h e c r i t i -c a l r i c o c h e t a n g l e i s 81ʎ-81.25ʎ;w h e na f r a g m e n t i m p a c t s a 4mmt a r ge t p l a t e a t 800-1200m /s ,t h e c r i t i c a l r i c o c h e t a n gl e i s 72.5ʎ-76.25ʎ.K e y w o r d s :f r a g m e n t s ;c r i t i c a l r i c o c h e t a n g l e ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;a l u m i n u m p l a t e o f l i m i t e d t h i c k -n e s s(责任编辑 曾月蓉)5821 第6期 蓝肖颖,等:圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角。
钨纤维增强金属玻璃复合材料弹穿甲钢靶的实验研究
陈小伟;李继承;张方举;陈刚
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2012(032)004
【摘要】为具体研究钨纤维增强金属玻璃复合材料的力学特性及其穿甲自锐特征,开展了相应的准静态和动态力学实验,并用火炮开展了复合材料弹体撞击钢靶的穿甲实验,同时利用金相分析对材料失效模式进行了较系统的识别和分类,并同静动态实验数据进行比较分析,最后开展了材料自锐剪切失效的机理讨论.实验获得了复合材料的静动态力学特性及其自锐穿甲的形貌,相关分析显示,材料的变形具有明显的应变率效应,在复合材料弹体侵彻/穿甲过程中,弹体的破坏方式主要表现为局域化的剪切变形和断裂,并呈现出4种自锐剪切失效模式,增强钨纤维也表现出3类失效破坏模式.
【总页数】9页(P346-354)
【作者】陈小伟;李继承;张方举;陈刚
【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900
【正文语种】中文
【中图分类】O385
【相关文献】
1.钨纤维复合材料穿甲弹芯侵彻时的自锐现象 [J], 荣光;黄德武
2.钨纤维复合材料穿甲弹芯自锐行为的试验研究 [J], 雷波;黄德武;杨明川;荣光
3.钨合金穿甲弹侵彻钢靶开坑阶段的MCA模拟 [J], 王猛;王健;黄德武;胡云龙
4.预制圆柱形钨破片斜穿甲钢靶的破孔能力分析 [J], 孙加超; 邓勇军; 姚勇; 吴晓凤
5.钨纤维增强金属玻璃复合材料分段弹体侵彻性能研究 [J], 陈建良;李继承
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钨合金长杆弹侵彻约束AD95陶瓷复合靶蒋东;李永池;于少娟;邓世春【摘要】以侵彻深度(depth of penetration, DOP)实验为基础,利用LS-DYNA软件进行数值模拟,对钨合金长杆弹侵彻45钢鉴证靶和约束AD95陶瓷复合靶进行了对比研究.通过数值模拟与实验结合的方法,得到了AD95陶瓷的JH-2模型(Johnson-Holmquist ceramic material model)参数;深入分析了钨合金长杆弹侵彻约束AD95陶瓷复合靶侵彻响应过程.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2010(030)001【总页数】5页(P91-95)【关键词】爆炸力学;侵彻;DOP方法;AD95陶瓷;JH-2模型【作者】蒋东;李永池;于少娟;邓世春【作者单位】中国科学技术大学近代力学系,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学近代力学系,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学近代力学系,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学近代力学系,安徽,合肥,230027【正文语种】中文【中图分类】O3851 引言陶瓷材料是目前唯一一种能够将轻质量和高硬度相结合的材料,被用作装甲材料已有数十年的历史。
由于陶瓷材料在抗未来射弹（速度2.5～3.0 km/s）存在巨大潜力[1],因此对它的研究已经成为当前的热门。
T.J.Holmquist等[2-3]研究了碳化硼、碳化硅、AD85氧化铝、AD995氧化铝等一系列陶瓷的抗侵彻性能;李英雷[4]研究了AD95氧化铝陶瓷的动态本构关系;李平[5]研究了AD90氧化铝陶瓷的抗侵彻机理。
研究陶瓷装甲抗侵彻性能主要有3种方法[6]:实验、数值模拟和工程分析。
由于实验条件所限,陶瓷材料本身并没有被研究得十分透彻,因此采用数值模拟和实验相结合的方法被越来越多地用于材料性能的研究。
事实上,AD95氧化铝陶瓷材料的参数并不齐全,本文中在已有实验的基础上,采用实验和数值模拟相结合的方法,选用目前影响最广的JH-2模型,对钨合金侵彻约束AD95陶瓷复合靶进行研究,获得AD95陶瓷的JH-2本构参数以及约束AD95陶瓷复合靶抗侵彻响应过程。
