新型药型罩材料的动态力学性能研究

发布时间：2020-04-09 20:39

【摘要】：伴随着新型防护技术的使用,使得现阶段装甲作战车辆的抗打击能力得到提升。这对现阶段破甲战斗部的毁伤威力提出了严峻的考验。通过实验表明,将药型罩材料的晶粒组织细化,可显著改善射流的稳定性,增加有效射流的长度,延缓射流的断裂时间。通过剧烈塑性变形技术加工细晶材料,为纯铜药型罩的晶粒细化提供了有效途径。目前,针对药型罩加工所用细晶纯铜材料而言,力学性能研究还不是很完善。因此开展药型罩用细晶纯铜材料在动态载荷下的力学性能研究、及超高压冲击加载情况下的压缩特性研究,具有十分重要的科研意义。可为细晶材料在破甲战斗部领域的应用提供理论参考。本文将细晶药型罩加工过程当中,三种不同状态的细晶纯铜材料作为研究对象。从准静态拉伸、不同应变率加载下的动态拉伸、超高压冲击压缩等方面,分析了三种材料的力学性能,并建立了细晶纯铜材料的三项式物态方程。根据实验测量结果,对细晶纯铜的材料模型参数和状态方程参数进行了拟合。采用数值模拟的方法,对粗晶和细晶两种材料药型罩的射流形态、不同炸高下的侵彻威力进行分析。最后通过静破甲实验来验证仿真参数的正确性。研究得到的主要结论如下:(1)研究了三种细晶纯铜材料的准静态拉伸性能,ECAP8和ECAP8+CR之后的纯铜屈服强度分别达到360MPa和400MPa,较粗晶的70MPa提升明显。在动态载荷加载下,ECAP8的屈服强度达到530MPa。随着动态加载应变率的变化,ECAP8纯铜表现为负应变率效应,ECAP8+CR+Treated纯铜则符合典型的正应变率效应。(2)采用二级轻气炮作为加载,对细晶纯铜材料在70-320GPa范围内的冲击压缩性能进行测量,采用电探针技术测量了样品当中的冲击波速D,利用阻抗匹配法得到了波后粒子速度 u,拟合得到 D=4.007(±0.06)+1.485(±0.02)u。根据 Born-Oppenheimer 近似建立了细晶铜材料的三项式物态方程,并计算求解了细晶纯铜的Gruneisen系数随比体积变化的关系γ=2.07(V/V_0),相关的冷能冷压方程参数Q=56.7GPa、q=9.905。(3)利用拟合得到的材料参数,数值模拟分析了两种材料对于射流断裂时间、侵彻威力的影响。结果显示,细晶药型罩形成的射流断裂时间更长,连续性更好。并且在不同炸高条件下,细晶纯铜药型罩的侵彻威力始终优于粗晶纯铜。(4)为了验证仿真结果的正确,选取仿真最佳炸高160mm,进行静破甲对比实验。实验结果显示,细晶药型罩平均穿深280mm,仿真结果为267mm,二者误差4.9%,证明了仿真结果的正确性。与实验炸高160mm粗晶药型罩平均侵深244mm相比,增幅达14.7%。
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新型药型罩材料的动态力学性能研究

图１．１药型罩准定常射流形成过程逡逑

应变率,材料,动态过程,静态

应变率范围内的性能研巧己经不能够满足人们的需求。因此，材料在强动载条件下的动逡逑态力学性能研究越来越受到人们的重视，同时考虑到材料的动态为学行为是多学科研究逡逑的交叉领域，其研究的重要性则更加凸湿。了解材料的动态响应是非常重要的，如图１．２逡逑所示：从民用领域到军用领域，各行各业都涉及到不同应变率、不同温度、特定环境的逡逑材料力学性能问题。其中较为显著的包括在爆炸、撞击等动载荷下的各种力学问题，如逡逑爆炸焊接、爆炸成型、动能弹侵彻装甲、聚能射流侵彻、高速切削加工、核爆炸及其防逡逑护、空间尘埃与航天器的碰挂、行星表面隅石坑的形成、天然地震波传播等研究。还包逡逑括外载荷虽然随时间变化不大，但由于裂纹的快速扩展，裂纹尖端附近的介质实际上处逡逑于氋应变速率（可大于ｌＯＶｓ）状态下的该一类动力学问题【Ｗ。特别是在军事研究领域，逡逑深入了解材料在爆炸载荷加载或高速碰挂过程中的变形与损伤问题，，将有助于破甲战斗逡逑部的设计和装甲防护结构的研巧。每当有新材料应用到武器设计当中时，都需要详细全逡逑面的了解新材料的动态力学性能。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ410.333

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