超高速撞击压力容器后壁损伤实验及建模研究

采用地面模拟撞击实验与理论分析相结合的手段,对球形弹丸超高速正撞击圆柱形充气压力容器后壁损伤问题进行研究。首先应用二级轻气炮进行压力容器超高速撞击实验,获得了容器后壁损伤特性;然后基于线弹性断裂力学、弹性力学理论,在弹丸不同破碎模式下,将碎片云及气体冲击波对容器后壁的作用简化为局部均布冲击载荷对固支圆板的作用,建立了容器后壁损伤预报模型,并通过与实验结果的比较,验证了模型的有效性。确定了在碎片云与气体冲击波作用下容器后壁产生穿孔和裂纹的临界条件及尺寸;并在考虑容器壁曲率影响的条件下,获得了容器后壁发生灾难性破坏的临界条件。

高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应影响研究

应用二级轻气炮发射球形铝合金弹丸撞击充气压力容器模拟装置,研究高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应的影响。根据试验结果建立了气体压力作为自变量之一的靶板穿孔经验公式。通过X光对高压气体中的碎片云分析发现,气体压力影响碎片云的形态和速度:气体压力增加,对碎片云扩展的阻碍作用增强;气体对碎片云具有减速作用,随着气体压力的增加碎片云减速加快。通过分析被碎片云撞击的观察板,获得了碎片云致损能力与气体压力、弹丸速度和弹丸直径的关系:随着气体压力的增加,碎片云的致损能力降低;在弹丸直径一定的前提下,弹丸速度和气体压力对碎片云的致损能力的影响是相互耦合的;随着弹丸直径的增加碎片云的致损能力增强。

基于J-C模型的Q235钢的动态本构关系

采用万能材料试验机、分离式霍普金森压杆和拉杆系统,研究了Q235钢在常温至900℃的准静态和动态压缩及拉伸力学性能。基于实验结果,修正了Johnson-Cook(J-C)本构模型中的温度软化项,提出了Q235钢的修正J-C本构模型,并利用Taylor撞击实验和数值仿真验证了其动态本构关系。

高应变率下导弹战斗部装药动态力学响应及细观损伤模式

应用改进的SHPB实验技术实现了常应变率加载,激光测量系统监测实验试件轴向工程应变,高速相机拍摄试件变形过程,确保实验数据的可靠性,进而对导弹战斗部装药在高应变率下的动态力学响应及损伤形式进行实验研究,并结合扫描电子显微镜探索其细观损伤模式与高应变率加载条件的内在关联。结果表明,该导弹战斗部装药具有明显的应变率效应,当其应变值超越0.05时应变率效应显著增强,随着加载应变率的提高,其应力应变曲线应变硬化效应显著增强,由上凸形式变为线性硬化;在860~1 380 s^-1加载应变率下,其主要细观损伤形式为颗粒表面与粘结剂剪切脱粘,当加载应变率在1 380~2 300 s^-1区间时,充足的冲击波能量迫使晶体颗粒表面产生损伤裂纹,并沿应力集中薄弱路径不断扩展,传播路径错综复杂,进而产生晶体颗粒破碎现象。