低速弹丸对金属靶的斜侵彻弹道机理研究

发布时间：2020-06-17 04:55

【摘要】：跳飞、滑移及弹道偏转问题一直是斜侵彻研究的焦点问题。对于低速弹丸斜侵彻金属靶作用，低速的作用条件使得弹靶作用开坑阶段的影响与靶板自由表面效应更为显著，这些为斜侵彻弹道的研究带来更大的挑战。为此，本文拟针对低速弹丸斜侵彻金属靶的弹道机理开展研究。基于量纲理论获得了影响斜侵彻弹道特性的主控参量，以及侵深、弹道偏转角等弹道参量的相似准则，并确定了几何相似模拟和非相似材料模拟所需满足的相似条件；通过对弹丸斜侵彻金属靶研究，获得了侵深、速度、过载和弹道偏转角随时间的变化特性曲线；得到了斜侵彻弹道特征量间的关联性，弹丸姿态偏转角为弹丸所受力矩累积总量的直接体现，而弹丸所受偏转力矩直接影响弹道偏转角加速度值，其变化规律相同；通过对不同弹靶作用条件下弹丸斜侵彻金属靶的仿真研究，获得了着速、着角和攻角对斜侵彻弹道的影响规律；基于相似准则的函数理论和仿真数据得到了兼顾弹靶作用条件多个主控因素影响的弹道偏转角经验公式；通过正交设计试验，获得了对弹道偏转角影响的主次关系依次为：着角、着速和攻角；基于不同弹头形状和材料的弹丸斜侵彻金属靶弹道特性数值分析，获得了在本文研究条件下尖卵形弹丸随几何函数增加，侵深增加，弹道偏转角减小；而对于截卵形弹则随几何函数的增大弹道偏转角增加；分析了异型头弹丸对侵彻过程过载、弹道偏转角的影响作用，与常规尖卵弹头相比，弹道偏转角较小；带附加结构的新结构弹丸通过改变弹靶作用过程中所受力矩，可形成对侵彻弹道转正的效果；基于侵彻弹道试验研究，研究了非相似材料的模型实验侵彻过程的相似律，分析了低速弹丸斜侵彻金属靶的弹道特性，结合理论和模拟结果表明，对于斜侵彻弹道存速，低速钢弹丸和铝弹丸侵彻相同的铝靶、高强钢的弹靶侵彻在相似条件下，满足非相似材料间的相似律；低速弹丸侵彻金属靶可基于所关注的弹道因变量进行非相似材料模拟实验。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410
【图文】：

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为了简化计算，假设弹丸轴线、弹丸速度矢量和目标面法线在同一平面内。弹丸斜侵彻中厚钢靶的碰靶示意图如图2.1 所示。图 2.1 弹丸碰靶示意图在用模拟方法研究弹丸斜侵彻中厚金属靶时，我们并非对每一个物理量特性及其在侵彻中的变化规律都同样感兴趣。从工程实验的角度出发，我们着重研究的是侵彻的整体效应，也就是说，我们以所谓集积效果作为研究对象。这样，斜侵彻过程中的某些物理量可以作为次要物理量，并且穿甲侵彻过程的时间很短，穿甲过程的热效应可以不考虑，即不考虑热效应对材料性能的影响。所以，对斜侵彻弹道性能的影响因素主要包括以下几个方面：(1)弹丸方面几何形状：弹丸直径 d，全弹长 l，弹头形状系数 N*；弹丸材料的物理性能和力学特性：材料的密度p ，弹性模量pE ，剪切模量pG ，静态屈服强度yp 和强度极限sp 。另外，在侵彻碰撞过程中弹体材料会产生应变率效应，随着应变率增大，材料的屈服强度也会增加，可以用 Johnson-Cook 应变率强化模型表示如下：01 lndpypC 其中：dp 为动态的屈服强度；Cp为材料应变率系数；0 p 为参考应变率(为了方便

应力-应变曲线,本构,几何相似,侵彻

图 2.3 应力-应变曲线图可以改写为：2 20 02 20 02 20 0'''' ''' ''' 't tp pp pt tp ps sp pE Ev vE Ev vv v 足几何相似的前提下，若模型和原型的材料可以认为它们本构相似，最终得到的侵彻深

【参考文献】