可变形异型弹体撞击高强度岩石实验

发射弹体作为激励物破碎高强度岩石实现样品采集在近地小行星(NEA)取样方案中备受关注。为研究可变形异型弹体撞击高强度岩石的弹靶作用过程及岩石破碎机理,设计花瓣形贯穿式、花瓣形非贯穿式与圆卵形贯穿式3类弹体,基于57 mm轻气炮和14.5 mm弹道枪开展低速(71.4~280.0 m/s)与高速(453.0~612.0 m/s)撞击单轴抗压强度180 MPa高强度玄武岩实验,获得不同构型和入射速度下弹体变形模式、反射速度及反射动能比、岩石破碎区直径、开坑深度及碎岩质量变化规律。实验结果表明:低速撞击下,两类花瓣形弹体的反射速度较圆卵形弹体降低了约21.9%~42.8%,且具有更低的反射动能比;高速撞击下,花瓣形非贯穿式弹体的弹靶作用过程为多点同步撞击与泰勒杆式撞击两段式过程,其碎岩质量约为花瓣形贯穿式弹体的3倍。研究结果为可变形异型弹体构型设计、高强度岩石破碎机理研究提供实验验证与研究思路。

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明:钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。

弹体高速侵彻超高性能混凝土靶机理

为研究弹体高速侵彻超高性能混凝土的现象和规律,对钢纤维体积分量为1.0%的C120超高性能混凝土和钢纤维体积分量为2.5%的C160超高性能混凝土开展准静态单轴压缩试验、劈裂抗拉试验和弹体高速侵彻试验。采用修正的美国国防研究委员会(NDRC)经验公式和量纲分析得到的经验公式,对侵彻超高性能混凝土试验中的弹体侵彻深度进行计算分析。计算和试验结果表明:相比于普通混凝土,超高性能混凝土有着较高的拉压比和优越的抗靶体表面破坏的能力,试验后靶体的表面开坑面积较小,开坑直径大约为8~12倍弹径;向外沿径向产生的裂纹较小且短,平均裂纹数量为4条;随着超高性能混凝土的强度从120 MPa提高到160 MPa,靶体表面开坑直径减小,开坑深度降低,钢纤维的加入提高了靶体的韧性,从而降低了靶体的表面开坑直径;相比于普通混凝土,超高性能混凝土的侵彻深度较小,但随着超高性能混凝土靶体的强度从120 MPa提高到160 MPa,其侵彻深度没有明显的下降;修正后的NDRC经验公式可以很好地预测弹体高速侵彻下超高性能混凝土的侵彻深度,利用量纲分析得到的侵彻深度公式可以为后续的试验预测提供参考。