冰弹超高速撞击铝合金靶板的损伤形貌分析-论文.pdf

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1、第30卷第3期应用力学学报、，01．30NO．32013年6月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSJun．2013文章编号：1000—4939(2013)03-0311-05冰弹超高速撞击铝合金靶板的损伤形貌分析陈海波(西安飞机工业(集团)有限责任公司710089西安)摘要：针对铝合金靶板受冰弹丸超高速撞击时所产生的类8字形和类椭圆形损伤形貌，采用试验与理论分析相结合的方法，利用弹性力学理论对损伤形貌的生成机理进行分析研究。以靶板撞击点为原点建立力学模型，分析在弹丸撞击靶板瞬问，靶板撞击点处各方向上的应力分布情况。分析结果表

2、明：在靶板撞击点处各方向上的应力分布不均匀，呈类8字形分布；当撞击产生的应力超过材料的屈服极限后材料开始塑性变形，从而导致靶板产生类8字形的鼓包；当撞击产生的应力超过材料的断裂极限后材料开始撕裂，撕裂后的损伤区域总体上呈现类椭圆形。这说明靶板撞击区的类8字形和类椭圆形损伤形貌是由材料的弹性效应导致的。关键词：冰弹丸；超高速撞击；铝合金靶板；8字形；椭圆形中图分类号：V423．4；O347文献标识码：ADoI：l0．11776／cjam．30．03．B05220km／s。由于其携带有巨大的动能，如果与航天器1引言相撞，后果将非常严重，甚至会导致机毁人亡。

3、因此研究冰弹丸的高速撞击损伤特性对在轨航天器的云层有时会含有大量的冰雹，遇到此种情况时安全运行也有着重要的意义LIJ。民用飞机一般会避开云层飞行，但对于一些在极端对靶板受弹丸超高速撞击现象的研究，学术界环境下作业的飞机(如战斗机)，出于特殊目的甚至一直采用试验与理论分析相结合的方法；但超高速会故意选在冰雹云层中高速飞行，这种情况下飞机撞击机理非常复杂，目前尚无统一说法，所以仍以与冰粒撞击的概率会大大提高。当冰雹与飞机的相实验研究为主。在穿甲侵彻领域，最初将弹丸简化对速度较低时，由于铝合金蒙皮的力学性能高于冰，为刚体来考虑，不考虑弹丸的变形，从而进行相应

4、所以飞机蒙皮几乎没有损伤或只有轻微的擦伤，不的理论分析。随着反穿甲材料的发展，反穿甲材料影响飞机的安全飞行。然而，近些年随着飞机(特别的力学性能得到了大幅度提高，子弹与靶板材料之是军用飞机)的进一步提速，冰粒对飞机的损伤程度间力学性能的差距越来越小，有很多靶板材料的力和潜在危险也在逐渐增大。因此研究铝合金靶板在学性能甚至超过了穿甲弹材料的力学性能，在穿甲冰弹丸撞击下的损伤形貌有着很重要的意义。理论研究方面人们开始注意到了这一变化，并进行另外，在宇宙空间中也存在大量冰质微流星积极的理论探索珥J。体，冰质微流星体相对于在轨航天器的平均速度为基金项目：国防科

5、工委空间碎片专项基金收稿日期：2012—05-08修回日期：2013_03—19第一作者简介：陈海波，男，1984年生，硕士，西安飞机工业(集团)有限责任公司，设计员；研究方向——飞机强度分析、冲击动力学。E—mail：superboyc@163．corn第3期堕童垫!堂塑壹望丝童塑鱼全塑堡塑塑塾坌堑一兰———————————_———————————_—●——————●——————_—_———————————_—————-———————●-————————-———●————_————————————————————一。一面c、平面Qc、平面QAB的夹角

6、分别为0、o"N=120"x+m+2lmr~、；cos0=l，COSO~=，cosfl=；另外，=o-~cos0+G．cosa+2r~,cos0cosaSa=lAs，c=mAs，∞：nAs。设四面法线Ⅳ与z轴垂直，根据几何关系可知体QABC的体积为Av，斜面ABC上的全应力P和0+：体力厂在各坐标轴方向的分量分别为、P、Pz和由此可得{{、{z。COSO~=sin0，O"N=cos+仃ysin+sin20(5)式(5)左右两边对0求导可得一2COS0sin0+2COSn0+2vvc0s2d=√+sin(y+)@其中：A=一；B=2；=20；0≤0≤2丁

7、c；．：arcs1n—====一0图6平面ABC与各面之间的夹角不葸图√+BFig．6TheanglebetweenABC—surfaceandothersurfaces式(6)的周期=初相~o=arcsin卉；由四面体的受力平衡条件∑Px：0可得PAs—lcrAs—mrAs—rl'l"As+Av=0在∈[0，27c]内，专手=0有四个解，相邻解的相位等式左右同除以得差为。四个解分别为+_0arcs1n———============由于Av是的高阶无穷小，即Av=0()，：一：±旦：J．22所以lim：o和均略去，则有．As--~tlAsarCS1n—

8、：I：===一P=lo-x+m,t'yx+nZ'zx(1)=一：±旦：+尢2同理，由受力平衡条