弹体高速侵彻两种强度混凝土靶的对比研究

随着武器系统打击能力的不断提升,高强度混凝土被越来越多地应用到防护设施中。为研究弹体侵彻高强度混凝土的现象和规律,进行了弹体高速侵彻C60高强度混凝土的试验,并与已开展的弹体高速侵彻C35普通强度混凝土试验结果进行对比。采用基于空腔膨胀理论的计算方法、经验侵彻公式法和节点回退法等方法对两组试验中的弹体侵彻深度、弹体侵蚀进行了分析。计算和试验结果表明：相比于弹体侵彻C35混凝土试验,相同速度下侵彻C60混凝土弹体的过载约为其1.8倍,侵彻深度为其52%;C60混凝土靶表面破坏更大,表明随着强度的提高混凝土脆性变大;在骨料切削影响条件相同情况下,侵彻C60混凝土弹体的侵蚀更大,表明高强度混凝土的砂浆对弹体侵蚀作用变大。     

弹体对钢纤维混凝土侵彻深度的计算研究

对钢纤维混凝土抗侵彻性能进行了研究，将钢纤维含量特征参数和钢纤维混凝土韧度的概念引入到侵彻深度计算公式中，在试验的基础上给出了弹体对钢纤维混凝土侵彻深度的别列赞修正计算式。该公式的各项参数均具有明确的含义。最后，运用侵彻深度公式对钢纤维含量高达6％时的情况下，弹体对钢纤维混凝土的侵彻深度进行了验算，计算结果证明了该公式的有效性、合理性和适用性。     

带攻角弹体斜侵彻混凝土深度计算公式对比分析

为了分析经典侵彻深度经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土靶的适用性,介绍了目前应用较广且精度较高的混凝土侵彻深度计算经验公式,并以152 mm一级轻气炮为试验平台,通过弹体攻角、倾角联合侵彻C30素混凝土靶的试验加载测试系统进行试验研究,测得了弹体着靶速度、开坑尺寸和侵彻深度。并应用各经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土目标的侵彻深度进行了计算和对比,分析了不同经验公式计算值与实测值之间的差异。试验研究表明,对于带攻角弹体斜侵彻混凝土的侵深经验公式中,ACE公式和Forrestal公式计算侵彻深度与实测侵深最为接近,相对误差均未超过10%,满足工程计算需求。     

钻地弹对钢纤维混凝土介质的侵彻与贯穿问题

为更深入研究钻地弹对钢纤维混凝土介质的侵彻与贯穿问题,根据钢纤维混凝土在弹体侵彻过程中的介质状态及能量的分配关系,提出了介质抗侵彻的变形和破坏模型;通过表征破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,分析得出弹体直径与强度特征参数的比例关系是揭示侵彻与贯穿问题的重要特征量,推导了具有宽广比例尺度关系的锥形弹体侵彻公式,并应用于钢纤维混凝土介质.通过试验数据验证了公式的可靠性.     

吸能因子在计算弹体侵彻钢纤维混凝土深度中的应用

弹体对材料的侵彻过程同时也是材料损伤与能量耗散的过程,因而,靶体材料韧性对弹性侵彻深度有重要影响。但是,现有经验公式均不能反映钢纤维混凝土材料韧性的影响。针对此不足,引入钢纤维混凝土材料吸能因子叩,对试验数据进行了回归分析,并利用GBU-28钻地弹实战侵彻结果对回归公式进行了修订。修订后的公式不仅能反映弹体侵彻过程中的材料强度作用,而且在一定程度上也反映了材料的韧度作用。该公式适用于弹体侵彻钢纤维混凝土深度的计算,并且保持了原公式的简单实用的特点,对于相关工程实践与科研有一定的参考作用。     

刚性弹体撞击下高强度混凝土侵彻深度经验公式的对比验算

为了分析典型的侵彻深度经验公式对于高强度混凝土侵彻的适用性,介绍了目前常用的侵彻深度经验公式,并通过对弹体侵彻高强度混凝土的试验研究和分析,得出ACE公式和Forrestal公式在低速侵彻阶段可以用来预估弹体侵彻高强度混凝土侵彻深度。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究

为考察骨料粒径对混凝土材料抗高速破片侵彻的影响,利用轻气炮加速装置和激光测试系统进行素混凝土(PC)和钢纤维增强混凝土(SFPC)侵彻实验研究,通过高速摄像机记录弹体着靶姿态和靶体动态损伤过程。实验中混凝土靶选用5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm 3种不同级别骨料粒径,通过对侵彻深度、成坑体积以及靶体碎片剥落过程的比较发现：针对素混凝土靶体,3种级别粒径范围内,级别最大的骨料粒径靶体其抗侵彻能力达到最强;而对于钢纤维含量为1%的钢纤维增强混凝土,粒径级别为10～15 mm的靶体抗侵彻能力最佳,结合骨料粒径对混凝土断裂能的双重作用,表明钢纤维的含量与骨料粒径之间存在一个优化值,在这个优化值配比下,钢纤维增强混凝土抗高速破片的侵彻能力能够达到比较理想的效果。实验结果的讨论分析对混凝土防护工程的设计具有借鉴作用。     

HSFRC靶体的弹体侵彻试验与理论分析

为了研究高强纤维增强混凝土(HSFRC)材料的抗侵彻性能,采用2种不同弹头形状的刚性动能侵彻弹,对高强钢纤维增强混凝土和高强聚丙烯纤维增强混凝土靶体进行了侵彻试验和理论分析.给出了考虑弹靶摩擦阻力和弹头形状变化的混凝土靶体侵彻深度计算公式和侵彻试验数据,基于此,拟合得到了高强混凝土靶体经验强度参数的计算表达式并进行了试验验证,弥补了经典FORRESTAL公式中强度参数适用范围低于100MPa的不足.通过对比公式计算结果和试验数据,验证了文中提出的公式和分析方法对于弹体侵彻高强纤维增强混凝土靶体深度的计算较FORRESTAL公式有更广的应用范围和更高的预测精度.     

弹丸对钢筋混凝土及SFRC靶侵彻特性研究

利用弹道靶系统,对钢筋混凝土与钢纤维混凝土（2％钢纤维含量）进行了垂直侵彻模型试验研究,得到了弹丸初速、弹坑直径、最大侵彻深度等试验参数。结合试验数据．分析了不同弹丸速度下两种靶体的开坑特性。引入了钢纤维混凝土材料韧度R,利用能反映材料韧度作用的修正ACE公式对侵彻深度进行了计算,计算结果与试验数据相吻合。并通过数值计算方法对侵彻过程中弹丸减速度时程曲线进行了分析。研究表明,钢纤维混凝土与相同基体钢筋混凝土相比具有良好的抗侵彻性能,且随弹丸速度提高作用愈显著。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的实验和计算

为了研究高强度合金钢长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,开展了30CrMnSiNi2A长杆弹以初速度1 381~1 879 m/s侵彻半无限砂浆混凝土靶的实验。实验结果表明：靶板的开坑直径、开坑深度、开坑体积以及弹道孔径与侵彻速度呈近似线性关系;当侵彻速度小于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而增大;当侵彻速度大于1 724 m/s时,侵彻深度随速度的增大而减小;当速度为1 724 m/s时,侵彻深度达到最大。靶板的剖分结果显示:当长杆弹超高速侵彻靶板时,弹体着靶时微小的倾角会导致侵彻弹道发生严重的偏转,呈现为“J”字形弹道。基于实验结果,在考虑长杆弹头部变形的基础上利用修正的A-T模型,得到了长杆弹超高速侵彻砂浆混凝土靶时侵彻深度发生逆减的临界速度,分析了不同的弹靶参数对临界速度的影响,并结合实验数据,验证了理论模型的可靠性。     

金属厚靶的超高速碰撞开坑实验

介绍了对高速球形弹丸撞击金属厚靶的开坑现象所进行的实验研究。最高弹速为７．５ｋｍ／ｓ；弹靶材料有７种组合：硬铝打硬铝，钢打钢，黄铜打黄铜，钢打硬铝，硬铝打钢，钢打纯铜和硬铝打铅。用量纲分析归纳前６种（即铅靶除外）情况，得到坑深Ｐ和弹径Ｄｐ之比值的经验关系是 Ｐ／Ｄｐ＝０．２７４（Ｐｐ／Ｐｔ）＾０．７２５（ｖ／√Ｙｔ／Ｐｔ）＾２／３其中ｖ是弹速，Ｐｐ和Ｐｔ是弹和靶的材料密度，Ｙｔ是靶板材料的动态屈用     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。     

圆管与圆杆组合体对半无限均质钢靶侵御深度研究

依据圆管、圆杆初始撞击动能与弹坑体积之比相等的假设，建立了同材料圆管与圆杆对半无限均质靶板侵彻深度之比的简化理论模型。推导出圆管与圆杆的侵彻深度之比是两者的长度比、初始撞击速度比、坑径比和圆管内外径比的函数。在同一初始撞击速度、相同长度、圆杆直径不大于圆管内径条件下，对影响圆管和同长度同材料圆管与圆杆组成的圆管一圆杆异型侵彻体侵彻深度的参量进行了讨论，并给出圆管与圆杆侵彻深度之比的变化范围。圆管与圆杆侵彻深度之比在同材料同长度下理论计算值与实验数据有很好的一致性。所有这些都为伸缩式、大长径比新型动能穿甲弹结构设计提供了理论基础。