长杆弹二次侵彻机理及影响因素研究

针对长杆弹侵彻半无限厚金属靶过程中第3侵彻阶段机理不清的问题,建立了三维光滑粒子流体动力学有限元模型,在验证模型有效性的基础上,开展了金杆侵彻半无限厚7075-T6铝靶研究,对第3侵彻阶段机理进行探索,并分析弹/靶密度、强度和弹体长径比对侵彻的影响规律。研究结果表明:金杆侵彻7075-T6铝靶的侵彻深度曲线在高速段显著超过流体动力学极限是由倒转金杆碎片对靶板的二次侵彻造成的;金杆销蚀后形成管状碎片体,高初速下其速度较大,其方向与侵彻方向一致,且其密度大,因此它会在弹体完全销蚀后继续侵彻靶体;金杆的二次侵彻深度随撞击速度增大呈“S”形增大,它对总侵彻深度的贡献在3 km/s撞击速度下甚至高达15.6%;存在二次侵彻时,长杆弹侵彻半无限靶第3侵彻阶段划分为剩余侵彻和二次侵彻阶段更合适;高弹靶密度比有利于形成二次侵彻现象;靶体密度和强度对总侵彻性能的影响显著超过弹体密度和强度;无论是保持弹体长度还是质量不变,长径比对流体动力学侵深和总侵深有显著的影响,但对二次侵彻的影响却较小。

弹体对混凝土材料先侵彻后爆炸损伤破坏效应的数值模拟研究

基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法,开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验,验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上,进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明,由于爆轰产物的外泄,不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径,且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了弹体侵彻过程中累积的损伤,爆坑直径在原有侵彻损伤破坏的基础上明显增大;且由于弹壳变形破碎消耗部分能量,考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径(约14.5倍弹径)略小于不考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径(约16倍弹径);但由于破碎弹头的二次侵彻作用,考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度比不考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度增加约5%。上述研究结果可为进一步开展钻地武器先侵彻后爆炸毁伤破坏效应的实验研究提供参考。

超高韧性水泥基复合材料—纤维混凝土组合靶体抗两次打击试验研究

超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites, UHTCC)具有超高的韧性、良好的耐久性和优异的耗能效果,这些特性使得UHTCC在防护工程中具有广阔的应用前景。为了更好地研究UHTCC与纤维混凝土组合结构在二次打击条件下的抗侵彻性能,首先测量了UHTCC和聚乙烯醇纤维增强混凝土(polyvinl alcohol fiber reinforced concrete, FRC)的基本力学参数。然后采用25 mm口径的弹道滑膛炮对直径为750 mm、高为600 mm的圆柱形UHTCC靶体、FRC靶体、UHTCC-FRC组合靶体(UHTCC-FRC composite target)进行了弹体速度为550 m/s的二次侵彻试验,得到了弹体和三类靶体的破坏数据,包括弹体的侵彻深度、弹体的磨蚀、靶体迎弹面的开坑直径和面积、弹坑深度、迎弹面的裂纹数量以及裂纹最大宽度。在此基础上分析了骨料、结构形式和两次打击的间距对UHTCCFRC组合靶体抗侵彻性能的影响。结果表明:相同试验条件下,与普通混凝土和超高性能混凝土相比,UHTCC能够有效的减小迎弹面的开坑直径,但会增加弹体侵彻深度;将50 mm的UHTCC置于组合靶的迎弹面可以有效地减少迎弹面的开坑直径;弹体二次侵彻深度大于弹体一次侵彻深度,靶体在二次冲击下的开坑面积小于靶体初次冲击下的开坑面积。