内部爆炸加载下变壁厚壳体动态破碎研究

发布时间：2016-11-25 22:49

  本文关键词：韧性材料的动态碎裂特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2014年

内部爆炸加载下变壁厚壳体动态破碎研究

张志彪  

【摘要】：随着武器装备毁伤能力的不断提高，重要军事目标的防护能力越来越强，不断向地下深层方向发展。对反硬目标侵彻战斗部而言，为有效摧毁地下深层掩体，需要保证侵彻爆破战斗部在着靶侵彻过程中不出现弹体失稳等现象。为改善侵彻战斗部的结构抗弯强度和抗失稳能力，常采用变壁厚锥型结构，但变壁厚结构壳体的破碎机理仍不清楚。正确描述变壁厚壳体在膨胀破碎过程中产生自然破片的形态与随机质量分布规律是进行战斗部毁伤效应评价的基础和前提，对高速侵彻爆破战斗部的毁伤效能评估和弹体结构设计具有重要意义。本文采用装药壳体内部爆炸试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究炸药爆炸加载下变壁厚壳体动态破碎机理，分析确定壳体结构和起爆点位置与破片的形态、断裂模式以及质量分布之间的关系，主要工作如下： 进行了系列内部炸药爆炸加载下变壁厚壳体动态破碎试验，分别从壳体两端起爆，采用沙箱静爆法回收破片，对破片的形态和断裂模式进行分析，研究得到了破片质量分布的统计规律。形态和断裂模式研究结果表明：相同结构变壁厚壳体，从大端起爆时能够产生更多中小破片，而从小端起爆时，壳体更容易产生超长破片；大锥角变壁厚壳体的断裂模式明显受到起爆点位置的影响，起爆点在大端时壳体发生拉剪混合断裂的范围扩大。分别采用Weibull分布和Mott分布对破片质量统计数据进行拟合分析，结果表明，壳体外表面锥度越大，破片质量分布越不均匀；从大端起爆变壁厚壳体时，破片质量分布的数学期望值较小；Mott分布的破片特征质量与壳体质量成正比。 分析了有限长度柱壳的爆炸驱动最终速度Gurney公式在变壁厚壳体结构下的适用性，计算得到了壳体轴向各位置破裂时刻，结合动态断裂力学理论分析了变壁厚壳体表面相邻轴向裂纹间的相互影响程度，解释了试验中大锥角壳体断裂模式受到起爆点位置影响的机理。 基于有限长度柱壳的Gurney公式，以壳体平均半径估算平均应变率，并考虑了壳体剪切断裂时断裂面长度与径向壁厚的差异，对Grady-Kipp方法进行了修正，得到在剪切断裂模式下柱壳环周分裂数nθ的完整表达式。分析得到了变壁厚壳体轴向各位置的环周分裂数和破片环向平均宽度，并提出了壳体平均特征质量及破片特征长宽比的计算方法。 基于Stochastic随机破坏模型，采用显示动力学有限元软件AUTODYN，对内部炸药爆炸加载下变壁厚壳体动态破碎过程进行了数值模拟，得到的破片质量累积数分布与试验数据吻合较好，由数值模拟数据拟合得到的破片特征质量分布规律与试验结果相符。分析了壳体轴向裂纹扩展特征，当变壁厚壳体从小端起爆时，轴向裂纹更容易保持稳定的形状和传播路径，壳体表面断裂状态沿轴向扩展速度的数值模拟结果和理论值之间误差在10%以内。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O38
【目录】：

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本文编号：193003