子弹冲量检测系统的研究
发布时间：2021-01-21 20:51
在进行装甲防护材料的设计和开发过程中,装甲防护材料的防护性能是一项重要指标。目前,装甲防护材料的防护性能的测试主要是通过打靶实验,用子弹撞击装甲防护材料,然后按照国家标准对打靶后的材料采用手工测量并记录弹孔深度和裂纹直径的方法来评价装甲防护材料,是一种定性评价。传统的检测方法测出的数据只能大致定性的反映装甲材料的防护性能,不能进行定量分析。现有的测试方法还不能满足科研和实际开发产品的需要。因此,提出了一种定量评价装甲防护材料的防护性能的检测方法,并设计了一套子弹冲量检测系统。该检测系统采用测量子弹撞击装甲防护材料冲击力,记录冲击力变化过程并计算出冲量的方法,用最大冲击力和冲量可以定量分析装甲防护材料的防护性能。通过ANSYS有限元仿真来模拟子弹撞击装甲防护材料的过程。采用有限元软件对装甲防护材料的侵彻过程进行了分析,非常直观地得到靶板在高速碰撞下的被破坏情况。有限元仿真得到的侵彻过程加速度曲线可以为冲击力传感器的频率确定提供依据。结合侵彻过程加速度曲线对子弹冲量检测系统中的关键参数（冲击力传感器的固有频率）进行了推导。设计了子弹冲量检测系统的硬件系统、软件系统和机械结构,用图形化编程语...
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钠玻璃和高硼玻璃打靶情况对比图
图 1.2 分离式霍普金森杆实验装置分离式霍普金森杆(SHPB)实验装置是一种有效而又可靠的研究各种材料力学特性的实验技术。因而，在几乎所有的固体材料研究文献中都可以看用 SHPB 实验技术来研究其动态特性曲线。但是 SHPB 实验技术在实际使时候也有一些注意事项。首先，SHPB 实验技术需要满足两个基本假设，即应力波假设和测试样品内部应力均匀分布假设。在实验过程中认为测试样受到一维线弹性应力波加载，而二维弥散效应可以忽略，同时要求测试样身的致密度是均匀分布的，忽略样品的惯性效应。这两个假设实际上就限 SHPB 实验技术的使用范围，而最近几年层出不穷的新型材料也给 SHPB技术提出了挑战。其次，在使用分离式霍普金森杆时，需要轻气炮、应变仪价昂贵的实验设备。因而，SHPB 实验技术无法推广到实际的靶场。再次分离式霍普金森杆本身结构导致的几何弥散效应、摩擦效应和波动效应，对所得的实验结果采用数值方法进行调整或者采用 Pochhammer-Chree 一论结合傅里叶波谱分析方法修正实验结果。另外，SHPB 实验最终得到的动
图 3.3 材料模型定义对话框子弹和靶材料模型的主要参数如下：子弹密度取 8.96，弹性模量取 1.17，泊松比取 0.35。靶材料密度取 2.45，弹性模量取 2，泊松比取 0.32。其他相关的材料参数主要参考文献[64,65]。需要注意的是在 ANSYS 软件中设置材料参数的时候要注意单位统一，ANSYS 软件默认单位采用 g-cm- ě单位制。在子弹和靶板的几何模型中，对子弹的几何模型进行了简化。这里把弹头形状设置为头部为半球形的圆柱金属弹丸，弹头半径 1.3cm，子弹长度 3.9cm 子弹的几何模型如图3.4所示。靶板材料的尺寸为24cm×24cm×0.9cm。子弹的初速度设置为800m/s。这里只考虑弹头垂直侵彻靶板的情况，设置子弹垂直撞击靶板材料（-Z 方向）。子弹垂直撞击靶板材料后，靶板材料无论是防护有效还是防护失效，子弹最终运动的方向还不能完全确定，因此，不能完全约束 X 和 Y 方向的运动。这里根据实际打靶中子弹和靶板材料均发生形变的情况，而且子弹的形变不可忽略，所以把子弹设置成为柔性体，不能设置为刚体。由于子弹和靶板都是轴对称结构，为了减少 CPU 的计算量，提高仿真的效率，因此在使用 ANSYS/LS-DYNA
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击载荷下分段式弹动态响应特性的数值模拟[J]. 汪覃,卢玉斌,孙远程,高进忠. 兵器装备工程学报. 2017(05)
[2]高速弹丸冲击下复合材料层合板损伤特性仿真研究[J]. 胡年明,陈长海,侯海量,朱锡. 兵器材料科学与工程. 2017(03)
[3]高g值加速度动态线性测试冲击方法仿真分析研究[J]. 王艳阳,石云波,康强,王华,杨阳. 传感技术学报. 2017(04)
[4]钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性[J]. 张元豪,陈长海,朱锡. 中国舰船研究. 2017(01)
[5]SiC/SiC复合材料高温力学性能研究[J]. 谢巍杰,陈明伟. 人工晶体学报. 2016(06)
[6]基于数值模拟的SHPB实验数据处理方法（英文）[J]. 张军徽,尚兵. 高压物理学报. 2016(03)
[7]石墨烯/金属复合材料力学性能的研究进展[J]. 张丹丹,战再吉. 材料工程. 2016(05)
[8]动能弹侵彻机理及其防护研究进展[J]. 李争,刘元雪,张裕. 兵器装备工程学报. 2016(03)
[9]平头弹穿透间隙式双层靶的穿甲模式[J]. 刘兵,陈小伟. 爆炸与冲击. 2016(01)
[10]Hopkinson压杆技术在中国的发展回顾[J]. 胡时胜,王礼立,宋力,张磊. 爆炸与冲击. 2014(06)
博士论文
[1]陶瓷/金属复合靶板受变形弹体撞击问题的研究[D]. 张晓晴.太原理工大学 2003
硕士论文
[1]霍普金森杆实验数据处理程序设计[D]. 许全东.中北大学 2016
[2]弹体侵彻靶板过程中弹体温度场数值模拟研究[D]. 赵奇.中北大学 2016
[3]高速深侵彻过程测试关键技术的研究[D]. 王建坤.中北大学 2015
[4]复合材料层合板结构非局部渐进失效建模与有限元分析[D]. 杨宇航.浙江大学 2015
[5]弹体入射陶瓷复合靶板毁伤效应研究[D]. 宋健.哈尔滨工业大学 2011
[6]穿甲子弹偏心入射陶瓷复合靶板的侵彻机理研究[D]. 申志强.国防科学技术大学 2006
本文编号：2991871
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钠玻璃和高硼玻璃打靶情况对比图
图 1.2 分离式霍普金森杆实验装置分离式霍普金森杆(SHPB)实验装置是一种有效而又可靠的研究各种材料力学特性的实验技术。因而，在几乎所有的固体材料研究文献中都可以看用 SHPB 实验技术来研究其动态特性曲线。但是 SHPB 实验技术在实际使时候也有一些注意事项。首先，SHPB 实验技术需要满足两个基本假设，即应力波假设和测试样品内部应力均匀分布假设。在实验过程中认为测试样受到一维线弹性应力波加载，而二维弥散效应可以忽略，同时要求测试样身的致密度是均匀分布的，忽略样品的惯性效应。这两个假设实际上就限 SHPB 实验技术的使用范围，而最近几年层出不穷的新型材料也给 SHPB技术提出了挑战。其次，在使用分离式霍普金森杆时，需要轻气炮、应变仪价昂贵的实验设备。因而，SHPB 实验技术无法推广到实际的靶场。再次分离式霍普金森杆本身结构导致的几何弥散效应、摩擦效应和波动效应，对所得的实验结果采用数值方法进行调整或者采用 Pochhammer-Chree 一论结合傅里叶波谱分析方法修正实验结果。另外，SHPB 实验最终得到的动
图 3.3 材料模型定义对话框子弹和靶材料模型的主要参数如下：子弹密度取 8.96，弹性模量取 1.17，泊松比取 0.35。靶材料密度取 2.45，弹性模量取 2，泊松比取 0.32。其他相关的材料参数主要参考文献[64,65]。需要注意的是在 ANSYS 软件中设置材料参数的时候要注意单位统一，ANSYS 软件默认单位采用 g-cm- ě单位制。在子弹和靶板的几何模型中，对子弹的几何模型进行了简化。这里把弹头形状设置为头部为半球形的圆柱金属弹丸，弹头半径 1.3cm，子弹长度 3.9cm 子弹的几何模型如图3.4所示。靶板材料的尺寸为24cm×24cm×0.9cm。子弹的初速度设置为800m/s。这里只考虑弹头垂直侵彻靶板的情况，设置子弹垂直撞击靶板材料（-Z 方向）。子弹垂直撞击靶板材料后，靶板材料无论是防护有效还是防护失效，子弹最终运动的方向还不能完全确定，因此，不能完全约束 X 和 Y 方向的运动。这里根据实际打靶中子弹和靶板材料均发生形变的情况，而且子弹的形变不可忽略，所以把子弹设置成为柔性体，不能设置为刚体。由于子弹和靶板都是轴对称结构，为了减少 CPU 的计算量，提高仿真的效率，因此在使用 ANSYS/LS-DYNA
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲击载荷下分段式弹动态响应特性的数值模拟[J]. 汪覃,卢玉斌,孙远程,高进忠. 兵器装备工程学报. 2017(05)
[2]高速弹丸冲击下复合材料层合板损伤特性仿真研究[J]. 胡年明,陈长海,侯海量,朱锡. 兵器材料科学与工程. 2017(03)
[3]高g值加速度动态线性测试冲击方法仿真分析研究[J]. 王艳阳,石云波,康强,王华,杨阳. 传感技术学报. 2017(04)
[4]钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性[J]. 张元豪,陈长海,朱锡. 中国舰船研究. 2017(01)
[5]SiC/SiC复合材料高温力学性能研究[J]. 谢巍杰,陈明伟. 人工晶体学报. 2016(06)
[6]基于数值模拟的SHPB实验数据处理方法（英文）[J]. 张军徽,尚兵. 高压物理学报. 2016(03)
[7]石墨烯/金属复合材料力学性能的研究进展[J]. 张丹丹,战再吉. 材料工程. 2016(05)
[8]动能弹侵彻机理及其防护研究进展[J]. 李争,刘元雪,张裕. 兵器装备工程学报. 2016(03)
[9]平头弹穿透间隙式双层靶的穿甲模式[J]. 刘兵,陈小伟. 爆炸与冲击. 2016(01)
[10]Hopkinson压杆技术在中国的发展回顾[J]. 胡时胜,王礼立,宋力,张磊. 爆炸与冲击. 2014(06)
博士论文
[1]陶瓷/金属复合靶板受变形弹体撞击问题的研究[D]. 张晓晴.太原理工大学 2003
硕士论文
[1]霍普金森杆实验数据处理程序设计[D]. 许全东.中北大学 2016
[2]弹体侵彻靶板过程中弹体温度场数值模拟研究[D]. 赵奇.中北大学 2016
[3]高速深侵彻过程测试关键技术的研究[D]. 王建坤.中北大学 2015
[4]复合材料层合板结构非局部渐进失效建模与有限元分析[D]. 杨宇航.浙江大学 2015
[5]弹体入射陶瓷复合靶板毁伤效应研究[D]. 宋健.哈尔滨工业大学 2011
[6]穿甲子弹偏心入射陶瓷复合靶板的侵彻机理研究[D]. 申志强.国防科学技术大学 2006
本文编号：2991871
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/2991871.html
