尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型

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1、振动与冲击第２９卷第５期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．２９Ｎｏ．５２０１０尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型１１２王晓强，朱锡，王禹华（１．海军工程大学船舶与动力学院，武汉４３００３３；２．海军驻４０７厂军事代表室，洛阳４７１０３９）摘要：现有的尖头弹侵彻金属靶板的弹道极限计算模型往往需要大量的试验数据和靶板材料的动态性能参数，且没有考虑侵彻速度对侵彻效果的影响，这给工程应用带来了很大的不便和误差。基于这一问题，考虑速度效应和靶

2、板材料参数对侵彻的影响，结合流体动力学原理与动态空穴膨胀理论，分别提出了双模式和单模式侵彻模型。双模式侵彻模型的侵彻过程可分为两个阶段：流体动力变形阶段和塑性变形阶段，当侵彻速度小于靶材产生流体动力变形的临界速度时，侵彻进入塑性变形阶段，根据功能原理，建立了计算弹道极限的解析模型；单模式侵彻模型仅考虑塑性变形阶段。解析模型计算的弹道极限与弹道试验结果吻合的较好，且模型中不涉及弹道试验数据和靶板材料的动态性能参数，易于迅速求解，便于工程应用，可用于对延性金属靶板抗尖头弹侵彻能力的评估。关键词：穿甲力学；弹道极限；解析模型中图分类号：Ｏ３８５文献标识码：Ａ尖头弹与靶

3、板接触时，弹头沿轴向与靶板的接触本文针对以往尖头弹侵彻金属靶板的解析模型出面积很小，弹靶间会产生很大的应力，靶材极易达到屈现的问题，并结合试验观察到的金属靶板的变形模式服极限，从而产生破坏，这就是尖头弹与钝头弹相比具和变形特征，以动态空穴膨胀理论为基础，当弹体的侵有较强侵彻能力的主要原因。尖头弹对靶板的侵彻力彻速度超过某一值时，将靶板的变形模式分为流体动主要是尖头弹的侧面对其四周和前方靶材的挤压作力变形模式和塑性变形模式来分析尖头弹侵彻金属靶用，接触面积较小引起较大的接触应力使弹体很容易板时的弹道极限，并将这种模型称为双模式侵彻模型；将靶材挤开，而一般尖头弹又多

4、为刚性，从而产生刺穿当弹体的侵彻速度小于该值时，靶板不会出现流体变型破孔，或称为延性扩孔。形特征，而只是呈现塑性变形模式，称为单模式侵彻模弹体对金属靶板的作用力主要由与速度有关的惯型，这种模式可以对双模式侵彻模型进行简化即可得性阻力和与速度无关的静阻力组成，当弹体速度较高到。因此，文中重点对双模式侵彻模型和利用其计算时，靶板的惯性阻力远大于静阻力，可以近似地认为弹尖头弹侵彻金属靶板的弹道极限进行了推导，并与有［１］体只受惯性阻力的作用，即靶板对弹体的阻力与弹关试验结果进行了对比分析。体的侵彻速度有关。对于尖头弹的侵彻问题，有不少１靶板的动态响应及侵彻过程分析［２

5、～４］研究者是按照静态空穴膨胀理论来分析弹体的径向应力，且认为径向应力仅与材料参数有关，与侵彻速１１侵彻速度对靶板动态响应的影响度无关，这和上述的与速度相关的惯性阻力在侵彻过《穿甲力学》和《冲击动力学》都指出，弹体的侵彻程中起关键作用的结论是不符的，研究结果也只是在速度对靶板材料的动态响应有着重要的影响，主要表［５］现在：当弹体的初始速度ｖ＜ｖ（弹性变形极限速度）较低的侵彻速度时适用；有些学者在计算弹体的侵ｉＥＡ彻耗能时引入了金属靶板的单向压缩塑性流动应力，时，靶板只发生弹性变形；当ｖＥＡ≤ｖｉ＜≤ｖＰＡ（塑性变形它的大小与材料的变形温度、变形程度、应变率等诸

6、多极限速度）时，靶板发生塑性变形；如果初始速度进一［６～７］步增加，则靶板材料发生流体动力变形，流动是在侵彻因素有关，比较难于得到，只能近似估计；陈小伟等［８～１１］在动态空穴膨胀理论的基础上，考虑了侵彻阻速度达到ｖＰＡ以后开始的，即当ｖＰＡ≤ｖｉ≤ｖＨＡ（流动变形力随侵彻速度的变化，将尖头弹对靶板的侵彻解释为极限速度）时，靶板发生流体动力变形。单一的延性扩孔机理，建立了一维简化分析模型。但ｖ＝σ１＋１ＥＡｙ()是，这些计算模型都没有考虑侵彻过程中的靶板变形ρｔＣｔρｐＣｐ模式的差异，进而给弹道极限的计算带来较大的误差σｙＫｔｖＰＡ＝，ｖＨＡ＝或者需要过多的经验

7、参数、复杂的迭代才能够实现，对槡ρｔ槡ρｔ于工程应用都不是很便捷。λ＋２ＧＥＣｔ＝，Ｃｐ＝槡ρｔ槡ρｐ基金项目：“十一五”军队预研基金（４０１０３０５０１０３）式中：Ｃｔ、Ｃｐ分别是靶板中的弹性膨胀波的速度和弹体收稿日期：２００９－０４－２０修改稿收到日期：２００９－０６－２６中弹性纵波的速度；σｙ为靶板的屈服应力；ρｔ、ρｐ分别为第一作者王晓强男，博士生，１９８１年生靶板和弹体的密度；λ、Ｇ、Ｅ是拉梅常数；Ｋｔ是靶板材料第５期王晓强等：尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型９７的压缩体积模量。头侵入靶板扩孔，由于侵彻速度较大，弹头附近的靶板从上述的分析可以看

8、到，当弹体的初始侵彻速度