舌形弹丸的终点效应研究

发布时间：2020-07-30 17:24

【摘要】：弹丸对金属靶板的穿甲/侵彻研究,涉及到弹丸和靶板几何非线性、材料非线性和边界非线性等问题,是力学、材料学和计算数学等学科中具有极其挑战性性的课题,受到国内外学者的广泛关注。本文针对具有不同几何构型刚性弹丸对金属靶板的侵彻/穿甲效应,结合已有实验结果,通过理论和数值模拟相结合,重点研究了舌形弹丸穿甲有限厚度的弹-塑性金属靶板的终点效应。本文主要工作如下:(1)舌形弹丸侵彻金属靶板的的理论理论论分析分析刚性弹丸对有限厚度金属靶板的穿甲机理研究。假设弹材为刚性材料,靶材为弹-塑性材料,并服从J2流动理论及不可贯穿条件,引入速度场函数,使弹丸运动精确的满足连续性方程和动量平衡方程。靶体区域划分为位于弹头前端应变较小的弹性区域,以及位于弹头周围应变相当大的刚-塑性区域。应用速度场函数,精确求解靶体弹性部分及刚-塑性部分的动量平衡方程,进而得到弹丸表面的压力场和应力场函数。模型中,近似考虑靶体前表面、靶体后表面和弹-靶分离线对穿甲效应的影响,分析计算得到作用在弹丸表面的压力表达式,通过求解弹丸运动方程得到其数值解。同时,通过合理的简化,得到了求解弹丸穿甲深度及剩余速度的分析表达式,并进一步得到了弹道极限方程。(2)不同几何构型弹丸穿甲甲的数值模拟研究的数值模拟研究本文采用Ls-dyna进行数值模拟分析,构建了不同几何构型弹丸穿甲金属靶板的有限元模型,研究了平头、球形及锥形三种弹丸穿甲有限厚度金属靶板(薄板和厚板)的穿甲效应。采用John-Cook模型,得到了穿透能量、弹丸残余速度和弹道极限等一系列结果,并与已有的实验结果进行了比较,验证了计算模型的可靠性。(3)舌形弹丸穿甲模型的分析与验证本文主要研究舌形弹丸的穿甲机理,在实验研究的基础上,结合Yarin的近似流场分析模型,从流体力学基本方程出发,引入速度势函数来构建靶体区域速度场分布,进而获得舌形弹丸穿甲过程的运动方程。进一步研究其侵彻机制,得到了侵彻深度表达式以及初始速度和残余速度的关系式。同时采用Ls-dyna进行数值模拟分析,并与理论模型验证。最后,研究了不同舌形张角,长径比等因素对穿甲效果的影响。舌形弹头在侵彻中厚靶上比其它几何构型弹头有更高的侵彻效率,特别的,对于高速撞击时,舌形弹头侵彻厚靶所对应的靶板材料动态失效上有明显的增加趋势。在相同初始条件的撞击情况下,适当降低舌形弹丸的张角,可以获得更高的侵彻深度。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410
【图文】：

示意图,金属靶板,舌形,穿甲

20图 2-3 舌形弹丸穿甲金属靶板过程示意图表达式( ) ( ) ( )2F = A w, w w + B w, w w +C w, w ( )( )( )( )434322212 2222 21 tan, 2 ln2tan1 tan1 1 2, 221 tanXXXX w w bh fX XX w w bh f dXX Xθρθθρθ = + = + ∫∫

变化曲线,弹头,弹丸,舌形

323-3 40mm图 3-3 给出了舌形弹头弹丸和 Rankine 卵形弹头弹丸侵彻 40mm 厚度靶板过所受侵彻阻力随穿甲深度的变化曲线，其中，弹头和弹身分别是 5mm 和 25

曲线,剩余速度,弹丸,撞击速度

3-5图 3-5 给出了两种构型弹丸初始撞击速度对剩余速度的关系曲线。弹丸质量相弹丸的长度尺寸和靶板厚度（25.4mm），从图形中可以清晰的看出，对于弹丸问题，弹头构型形状对剩余速度的影响并不明显。然而，对于初始撞击速度较问题，弹丸长度尺寸较大时，舌形弹丸（蓝线）所对应的剩余速度明显要低于，这是由于穿甲过程中，靶板作用在舌形弹丸表面的阻力要更大，而作用在卵的阻力相对要小（红线），故剩余速度的影响相对要低。采用前面推导的理论模型，分别计算了舌形弹丸穿甲不同厚度（H=15，20 和5083-H116 铝靶下，得到了弹丸穿透靶板后剩余速度与初始撞击速度之间的关系果与 Borvik 等[51]对锥形弹丸穿甲同样厚度 AA5083-H116 铝靶相比较，如图 3可以看出，在靶板厚度 H=15mm 时，两种构型弹丸穿透靶板后的剩余速度相差随着靶板厚度 H 的增加，同条件下的舌形弹丸穿透铝靶后的剩余速度要高于锥

【参考文献】