长杆高速侵彻的1D和2D理论模型
发布时间：2020-12-16 04:45
由高密度金属制成的长杆弹在1.5-3.0 km/s的高速下具有很强的侵彻和贯穿能力。不同于刚性弹,高速下长杆弹体与靶体相互作用时,作用面上压力远高于材料强度,弹靶发生严重质量侵蚀。由于侵彻机理的独特性和军事应用需求,长杆高速侵彻问题已成为穿甲侵彻领域的研究热点。本文首先对长杆高速侵彻问题的最新研究进展展开了全面的综述,介绍了长杆高速侵彻的基本概念、研究方法和理论模型;重点论述了研究中关注的突出问题与应用,包括弹靶材料性质,长杆弹头部形状,长径比效应与分段杆设计,陶瓷靶抵抗长杆侵彻与界面击溃和非理想长杆侵彻;最后对未来的研究工作提出一些建议。Alekseevskii-Tate模型是长杆侵彻半无限厚靶的最成功的半流体理论模型。由于方程组的非线性,弹体（弹尾）速度、侵彻速度、弹体长度和侵彻深度关于时间函数都是隐式的,只能数值求解。本文第3章在推导获得Alekseevskii-Tate模型的隐式理论解的基础上,对剩余弹体相对长度的对数表达式进行线性简化近似,获得两组显式的理论解析解,可非常方便适用于Alekseevskii-Tate模型的理论预测。近似解1与数值解非常吻合,Walters et...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：178 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１长杆侵彻中弹耙变形模式不意图（Ｗａ丨ｋｅｒ＆?Ａｎｄｅｒｓｏｎ?１９９５）??ｖ为弹尾（刚体）速度即撞击速度，ｗ为弹头（流体）速度即侵彻速度??
??所示；反之，对于尖锥头弹体，／ｃｌ＞／ｃ２，Ａ?＝?０，如图１．２（ｂ）所示。由于半流体侵彻??深度明显低于刚性弹侵彻，因此，判定转变速度可以预测弹体最大侵彻深度。??此外，Ｗｅｎ?等（Ｌａｎ?＆?Ｗｅｎ?２０１０，?Ｌｕ?＆?Ｗｅｎ?２０１８，?Ｗｅｎ?＆?Ｌａｎ?２０１０）从一维长杆高速侵??彻模型出发，定义了刚性弹侵彻临界速度匕和侵蚀弹侵彻临界速度匕，对长杆弹侵彻??的不同模式开展了一系列研究。??实验中也观测到图１．２（ａ）所示的现象，钝头弹和平头弹存在一个狭窄的侵彻深度下??降的区域，弹体在此区域内发生大幅凸出和弯折（Ｆｏｒｒｅｓｔａｌ?＆?Ｐｉｅｋｕｔｏｗｓｋｉ?２０００）。最近??Ｋｏｎｇ等（２０１７ｃ）在钢杆侵彻砂浆靶体的实验中发现混凝土类靶体也存在类似的转变现??象。Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ和Ｄｅｋｅｌ（２００３）通过数值模拟再现了此转变现象，并同时指出考虑弹体失??效应变是模拟得到转变点处侵彻深度显著下降的必要条件。徐晨阳等（２０１８）采用数值模??拟分析了弹靶材料特性和弹体头形对转变点的影响。??ａ?ｂ??ｘ／ｄ?１?ｘ／ｄ?１??－ＷＡｌ＾?Ａ??／?Ｃｈｅｎ和Ｌｉ?（２００２）??？?Ｃｈｅｎ和Ｌｉ?（２００２）?ｒ?????／＼?？一７￣—ｍｔ?一?１?流体极限??流体极限?Ｐ
Ｃｈｒｉｓｔｍａｎ和Ｇｅｈｒｉｎｇ（ｌ９６６）将它们更清晰地表述为初始瞬态阶段（Ｆｉｒｓｔ／Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?Ｐｈａｓｅ）、??主要侵彻阶段（Ｐｒｉｍａｒｙ?Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｈａｓｅ）、次级侵彻阶段（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｈａｓｅ）和??耙体回弹阶段（Ｒｅｃｏｖｅｒｙ?Ｐｈａｓｅ），如图１．４所不。此后，研究者们在此基础上开展了细致??的研宄和深入的讨论（Ａｎｄｅｒｓｏｎ?＆?Ｏｒｐｈａｌ?２００３；?Ａｎｄｅｒｓｏｎ?ｅｔ?ａｌ．?１９９２ｂ；?Ｈｅ?＆?Ｗｅｎ?２０１３；??Ｈｅｒｒｍａｎｎ?＆?Ｗｉｌｂｅｃｋ?１９８７；?Ｏｒｐｈａｌ?１９９７，?２００６；?Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ?＆?Ｄｅｋｅｌ?２００１ａ；?Ｔａｔｅ?１９８６），综述??如下：??１．２．２．１初始瞬态阶段??初始瞬态阶段伴随弹体开坑，仅持续几个微秒，对应侵彻深度约数倍杆径（ｃｈｒｉｓｔｍａｎ??＆?Ｇｅｈｒｉｎｇ?１９６６）。Ａｎｄｅｒｓｏｎ等（１９９２ｂ）通过模拟认为初始瞬态阶段的作用时间和距离与??几何参数和材料属性相关，而与撞击速度无关。高压力冲击波在界面处产生并在杆和靶??中同时传播，到达自由表面反射为卸载波卸载此高压力。在图１．４所示的压力－时间历程??图中
【参考文献】：
期刊论文
[1]长杆高速侵彻问题研究进展[J]. 焦文俊,陈小伟. 力学进展. 2019(00)
[2]装甲陶瓷的界面击溃效应[J]. 谈梦婷,张先锋,包阔,伍杨,吴雪. 力学进展. 2019(00)
[3]Approximate solutions of the Alekseevskii–Tate model of long-rod penetration[J]. W.J.Jiao,X.W.Chen. Acta Mechanica Sinica. 2018(02)
[4]Effect of compressibility on the hypervelocity penetration[J]. W.J.Song,X.W.Chen,P.Chen. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[5]大着速范围长杆弹侵彻深度变化及其影响因素的数值模拟[J]. 徐晨阳,张先锋,刘闯,邓佳杰,郑应民. 高压物理学报. 2018(02)
[6]长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃/侵彻转变速度理论模型[J]. 谈梦婷,张先锋,葛贤坤,刘闯,熊玮. 爆炸与冲击. 2017(06)
[7]长杆弹超高速侵彻半无限靶理论模型的对比分析与讨论[J]. 孔祥振,方秦,吴昊,龚自明. 振动与冲击. 2017(20)
[8]基于A-T模型的长杆弹超高速侵彻陶瓷靶体强度分析[J]. 翟阳修,吴昊,方秦. 振动与冲击. 2017(03)
[9]长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应数值模拟[J]. 谈梦婷,张先锋,何勇,刘闯,于溪,郭磊. 兵工学报. 2016(04)
[10]80%钨纤维增强锆(Zr)基块体金属玻璃复合材料长杆弹侵彻钢靶实验研究[J]. 王杰,陈小伟,韦利明,雷劲松. 实验力学. 2014(03)
博士论文
[1]金属玻璃及其复合材料的剪切变形与破坏[D]. 李继承.北京理工大学 2016
[2]长杆弹侵彻半无限靶的数值模拟和理论研究[D]. 兰彬.中国科学技术大学 2008
本文编号：2919553
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：178 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１长杆侵彻中弹耙变形模式不意图（Ｗａ丨ｋｅｒ＆?Ａｎｄｅｒｓｏｎ?１９９５）??ｖ为弹尾（刚体）速度即撞击速度，ｗ为弹头（流体）速度即侵彻速度??
??所示；反之，对于尖锥头弹体，／ｃｌ＞／ｃ２，Ａ?＝?０，如图１．２（ｂ）所示。由于半流体侵彻??深度明显低于刚性弹侵彻，因此，判定转变速度可以预测弹体最大侵彻深度。??此外，Ｗｅｎ?等（Ｌａｎ?＆?Ｗｅｎ?２０１０，?Ｌｕ?＆?Ｗｅｎ?２０１８，?Ｗｅｎ?＆?Ｌａｎ?２０１０）从一维长杆高速侵??彻模型出发，定义了刚性弹侵彻临界速度匕和侵蚀弹侵彻临界速度匕，对长杆弹侵彻??的不同模式开展了一系列研究。??实验中也观测到图１．２（ａ）所示的现象，钝头弹和平头弹存在一个狭窄的侵彻深度下??降的区域，弹体在此区域内发生大幅凸出和弯折（Ｆｏｒｒｅｓｔａｌ?＆?Ｐｉｅｋｕｔｏｗｓｋｉ?２０００）。最近??Ｋｏｎｇ等（２０１７ｃ）在钢杆侵彻砂浆靶体的实验中发现混凝土类靶体也存在类似的转变现??象。Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ和Ｄｅｋｅｌ（２００３）通过数值模拟再现了此转变现象，并同时指出考虑弹体失??效应变是模拟得到转变点处侵彻深度显著下降的必要条件。徐晨阳等（２０１８）采用数值模??拟分析了弹靶材料特性和弹体头形对转变点的影响。??ａ?ｂ??ｘ／ｄ?１?ｘ／ｄ?１??－ＷＡｌ＾?Ａ??／?Ｃｈｅｎ和Ｌｉ?（２００２）??？?Ｃｈｅｎ和Ｌｉ?（２００２）?ｒ?????／＼?？一７￣—ｍｔ?一?１?流体极限??流体极限?Ｐ
Ｃｈｒｉｓｔｍａｎ和Ｇｅｈｒｉｎｇ（ｌ９６６）将它们更清晰地表述为初始瞬态阶段（Ｆｉｒｓｔ／Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?Ｐｈａｓｅ）、??主要侵彻阶段（Ｐｒｉｍａｒｙ?Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｈａｓｅ）、次级侵彻阶段（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?Ｐｈａｓｅ）和??耙体回弹阶段（Ｒｅｃｏｖｅｒｙ?Ｐｈａｓｅ），如图１．４所不。此后，研究者们在此基础上开展了细致??的研宄和深入的讨论（Ａｎｄｅｒｓｏｎ?＆?Ｏｒｐｈａｌ?２００３；?Ａｎｄｅｒｓｏｎ?ｅｔ?ａｌ．?１９９２ｂ；?Ｈｅ?＆?Ｗｅｎ?２０１３；??Ｈｅｒｒｍａｎｎ?＆?Ｗｉｌｂｅｃｋ?１９８７；?Ｏｒｐｈａｌ?１９９７，?２００６；?Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ?＆?Ｄｅｋｅｌ?２００１ａ；?Ｔａｔｅ?１９８６），综述??如下：??１．２．２．１初始瞬态阶段??初始瞬态阶段伴随弹体开坑，仅持续几个微秒，对应侵彻深度约数倍杆径（ｃｈｒｉｓｔｍａｎ??＆?Ｇｅｈｒｉｎｇ?１９６６）。Ａｎｄｅｒｓｏｎ等（１９９２ｂ）通过模拟认为初始瞬态阶段的作用时间和距离与??几何参数和材料属性相关，而与撞击速度无关。高压力冲击波在界面处产生并在杆和靶??中同时传播，到达自由表面反射为卸载波卸载此高压力。在图１．４所示的压力－时间历程??图中
【参考文献】：
期刊论文
[1]长杆高速侵彻问题研究进展[J]. 焦文俊,陈小伟. 力学进展. 2019(00)
[2]装甲陶瓷的界面击溃效应[J]. 谈梦婷,张先锋,包阔,伍杨,吴雪. 力学进展. 2019(00)
[3]Approximate solutions of the Alekseevskii–Tate model of long-rod penetration[J]. W.J.Jiao,X.W.Chen. Acta Mechanica Sinica. 2018(02)
[4]Effect of compressibility on the hypervelocity penetration[J]. W.J.Song,X.W.Chen,P.Chen. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[5]大着速范围长杆弹侵彻深度变化及其影响因素的数值模拟[J]. 徐晨阳,张先锋,刘闯,邓佳杰,郑应民. 高压物理学报. 2018(02)
[6]长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃/侵彻转变速度理论模型[J]. 谈梦婷,张先锋,葛贤坤,刘闯,熊玮. 爆炸与冲击. 2017(06)
[7]长杆弹超高速侵彻半无限靶理论模型的对比分析与讨论[J]. 孔祥振,方秦,吴昊,龚自明. 振动与冲击. 2017(20)
[8]基于A-T模型的长杆弹超高速侵彻陶瓷靶体强度分析[J]. 翟阳修,吴昊,方秦. 振动与冲击. 2017(03)
[9]长杆弹撞击装甲陶瓷的界面击溃效应数值模拟[J]. 谈梦婷,张先锋,何勇,刘闯,于溪,郭磊. 兵工学报. 2016(04)
[10]80%钨纤维增强锆(Zr)基块体金属玻璃复合材料长杆弹侵彻钢靶实验研究[J]. 王杰,陈小伟,韦利明,雷劲松. 实验力学. 2014(03)
博士论文
[1]金属玻璃及其复合材料的剪切变形与破坏[D]. 李继承.北京理工大学 2016
[2]长杆弹侵彻半无限靶的数值模拟和理论研究[D]. 兰彬.中国科学技术大学 2008
本文编号：2919553
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