侵徹半無限厚靶的理論模型和數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文針對侵徹半無限厚靶問題，將其劃分成剛性彈侵徹、長桿彈高速侵徹、大范圍著速的侵徹問題等方面，系統(tǒng)地開展了理論分析和數(shù)值模擬研究。內(nèi)容涉及理論分析模型、數(shù)值模擬方法、侵徹性能的影響因素和參數(shù)敏感性分析等。本文的研究工作對于侵徹毀傷評估、動(dòng)能武器研制和防護(hù)工程設(shè)計(jì)，都有重要的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。研究內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)系統(tǒng)分析了剛性彈侵徹半無限厚靶的相關(guān)理論，包括空腔膨脹理論、速度勢和速度場理論，以及主要的半經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)

2、驗(yàn)公式。分別針對金屬材料和混凝土類材料，討論了常用的侵徹深度計(jì)算公式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，分析了屈服強(qiáng)度對計(jì)算結(jié)果的影響，以及彈頭形狀對侵徹深度的影響。研究表明，彈頭形狀對侵徹深度有較大的影響。
　　(2)總結(jié)了長桿彈高速侵徹半無限厚靶的理論模型，將6個(gè)主要的模型統(tǒng)一寫成A-T模型的形式，編制了計(jì)算程序，研究了靶板阻力項(xiàng)隨侵徹速度和撞擊速度的變化關(guān)系，討論了各模型的差異。系統(tǒng)分析了彈靶材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度、桿彈的長徑比對侵徹性能的影響。

3、研究表明，靶的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度比長桿彈的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度對侵徹深度的影響更明顯。
　　(3)對于大范圍著速的侵徹問題，首先，基于對剛性彈到侵蝕彈過渡區(qū)間侵徹行為的分析，構(gòu)造了過渡區(qū)靶板阻力的唯象模型和侵徹深度的計(jì)算公式，確定了過渡區(qū)邊界速度的求解方法。其次，在分析三個(gè)響應(yīng)區(qū)特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了三段組合式的理論分析模型，組合模型的預(yù)測侵深與試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好。
　　(4)針對鎢合金桿高速侵徹半無限厚鋁合金靶問題，使用Lagrange方法

4、，開展了數(shù)值模擬研究，分析了鎢合金桿的材料參數(shù)（失效應(yīng)變、屈服強(qiáng)度和剪切模量）的敏感性，以及彈頭形狀和長徑比對侵深的影響。研究結(jié)果表明，失效應(yīng)變是影響侵徹深度的主要參數(shù)，而屈服強(qiáng)度和剪切模量對侵深的影響很小;在較低的撞擊速度下，頭部形狀對侵徹深度的影響較大，而在高著速的情況下，影響很小;以桿長無量綱化的侵徹深度隨長徑比的增大而降低，表明采用增大長徑比提高長桿彈侵徹能力的方式將隨著長徑比的不斷增大，侵徹效率逐漸降低。
　　另外，對大

5、范圍著速的鎢桿侵徹鋁靶問題，劃分成中低速和高速兩個(gè)區(qū)間，選用不同的本構(gòu)關(guān)系，分別建立計(jì)算模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。在低著速(＜600 m/s)與高著速(800～2000m/s)情況下，計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)較好地符合，同時(shí)，過渡區(qū)侵徹深度突然大幅下降的現(xiàn)象也有所反映。
　　(5)討論了鋼筋混凝土靶的建模問題，分析了三種鋼筋和混凝土耦合建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以及材料失效判據(jù)對計(jì)算結(jié)果的影響。通過數(shù)值模擬研究了含筋率和彈著點(diǎn)對鋼筋混凝土靶抗侵徹性能

6、的影響。研究表明，鋼筋越粗或者鋼筋編織越密，即含筋率越高，鋼筋混凝土靶板的抗侵徹能力越強(qiáng)，尤其對于動(dòng)能彈直徑大于靶板中鋼筋間距的情況;同時(shí)，彈著點(diǎn)對動(dòng)能彈侵徹能力有較大的影響。
　　針對均勻規(guī)則的靶網(wǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造了任意著靶位置的剩余速度或侵徹深度的預(yù)估公式。利用這個(gè)公式，只需得到三個(gè)典型位置動(dòng)能彈穿靶后的剩余速度或侵徹深度，就可以有效地求解任意著靶位置的剩余速度或侵徹深度。
　　(6)對于動(dòng)能彈侵徹多介質(zhì)組合靶問題，通過數(shù)值模