Wf/Zr基复合材料长杆弹在不同速度下的头形转变规律

目的预测金属玻璃复合材料长杆弹在不同撞击速度下的侵彻/穿甲性能,为优化弹体撞击速度和弹体头部形状等提供理论指导。方法结合相关侵彻试验,基于细观有限元建模及修正的热力耦合本构模型,开展了钨纤维增强金属玻璃复合材料长杆弹在不同速度下侵彻钢靶的有限元模拟,分析了不同速度下复合材料弹体破坏模式的差异,讨论了撞击速度对复合材料弹体头部形状变化影响规律及其内在机理。结果低速撞击条件下,复合材料长杆弹体头部的钨纤维发生剧烈的屈曲弯折变形,弯折钨纤维堆积在头部,形成较厚的“边缘层”,且存在1~2条剪切带,弹体头部表现为“细长尖卵”形状;随着撞击速度逐渐增加,弹体头部钨纤维的弯折变形程度逐渐有所降低,“边缘层”厚度也有所减小,且外侧钨纤维开始发生屈曲回流,头形逐渐转变为“短粗尖卵”形状,且尖锐程度随撞击速度增加而降低;在高速撞击条件下,弹体头部“边缘层”显著变薄,同时最外侧钨纤维发生屈曲回流,弹体头部表现为“扁平”形状。结论撞击速度对复合材料弹体的头部变形及破坏特征具有重要影响。随着速度增加,复合材料弹体头部形状逐渐从“细长尖卵”转变到“短粗尖卵”,最后变为“扁平”。

钨纤维增强金属玻璃复合材料弹穿甲钢靶的实验研究

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。

80%钨纤维增强锆(Zr)基块体金属玻璃复合材料长杆弹侵彻钢靶实验研究

本文在765-1766m／s速度范围内，对钨纤维体积分数为80％的增强锆（Zr）基块体金属玻璃复合材料长杆弹进行侵彻Q235钢靶的穿甲试验，对残余弹体进行宏、细观观测，研究弹体材料的失效破坏模式。穿甲试验表明，在大于1000m／s速度侵彻时，钨纤维非晶弹拥有头形自锐能力，表现出优秀的侵彻能力。弹材变形和破坏主要发生于弹体头部边缘层，呈局域化和尖锐化特点，而且边缘层厚度在整个高速穿甲过程中保持动态平衡。由于非晶基体作用，弹体材料易发生剪切断裂等破坏，通过流动形成质量侵蚀并导致弹体头部边缘层形成自锐。