23035.金屬動(dòng)能彈變形與斷裂特性及其機(jī)理研究

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：O347學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文金屬動(dòng)能彈變形與斷裂特性及其機(jī)理研究博士研究生：魏剛導(dǎo)師：張偉教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：固體力學(xué)所在單位：航天學(xué)院答辯日期：2014年10月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要近年來，越來越多的先進(jìn)材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)用于裝甲防護(hù)領(lǐng)域，戰(zhàn)斗部在打擊目標(biāo)過程中，除造成目標(biāo)毀傷外，不可避免地要發(fā)生自身的變形甚至斷裂。盡管穿甲侵徹研究已有幾

2、百年的歷史，但絕大多數(shù)研究集中在剛性彈（在撞擊過程中不發(fā)生明顯的變形和質(zhì)量損失）侵徹方面。隨著高強(qiáng)高韌材料和結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用在裝甲防護(hù)領(lǐng)域，從而導(dǎo)致戰(zhàn)斗部在侵徹中發(fā)生變形和斷裂，這將嚴(yán)重影響彈體的侵徹效應(yīng)。近年來一些研究者已經(jīng)開始關(guān)注這一問題，動(dòng)能彈在穿甲侵徹過程中的變形和斷裂問題正在變成沖擊工程界的研究熱點(diǎn)之一。然而，相對(duì)于大量剛性彈穿甲研究，對(duì)彈體變形和破壞的公開研究成果還非常缺乏。而且由于問題的復(fù)雜性，很多研究者將靶體視為剛性以

3、方便研究彈體的變形與斷裂，即使如此，公開報(bào)道的研究成果也不夠充分。實(shí)際穿甲問題中，彈體和靶板都可能發(fā)生變形甚至斷裂，因此針對(duì)變形靶的動(dòng)能彈變形和破壞過程的研究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。基于以上背景，本文以金屬動(dòng)能桿彈為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，在彈速和亞彈速范圍內(nèi)研究彈體撞擊剛性靶和幾種典型變形靶后的變形和斷裂行為和機(jī)理，以及彈體變形和斷裂行為對(duì)侵徹能力的影響。采用Tayl撞擊實(shí)驗(yàn)方法，開展了多種材料平頭彈體撞擊剛性靶的

4、變形和斷裂行為研究。獲得了每種彈體變形和斷裂模式及對(duì)應(yīng)的速度范圍，結(jié)合典型斷面的微觀掃描，初步揭示各種彈體的斷裂機(jī)理。獲得了彈體的斷裂類型與材料延性的關(guān)系，并初步建立了臨界開裂速度與彈體材料密度、強(qiáng)度、延性等因素的關(guān)系式。對(duì)Tayl撞擊實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬研究。通過材料性能測(cè)試，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研，獲得了涉及到的各材料的本構(gòu)關(guān)系和斷裂準(zhǔn)則及其所有模型參數(shù)。對(duì)各材料彈體進(jìn)行了Tayl撞擊數(shù)值模擬，再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中各變形和斷裂模式，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較