動能體半侵徹金屬靶的嵌立機理與臨界條件研究

《動能體半侵徹金屬靶的嵌立機理與臨界條件研究》是依託北京理工大學，由董永香擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：動能體半侵徹金屬靶的嵌立機理與臨界條件研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：董永香
• 項目類別：面上項目

項目摘要

動能體半侵徹金屬靶的嵌立研究是隨新型彈藥終點效應需求牽引與侵徹彈道學發展所遇到的理論和方法瓶頸問題。通過半侵徹作用，使動能體穩固嵌立於靶面，並由其外露部分形成障礙、通信/指揮中繼載體或搭載平台等，進而實現預定的先進功能。本項目將綜合空穴膨脹及系統能量理論、基於因次和正交試驗設計法的非線性數值仿真以及材料與結構動載耦合及分解試驗等手段，主要研究：①動能體半侵徹非定常作用過程中，不同階段尤其開坑和反彈階段受力與變形等載荷譜時空演化和能量譜分配特性；②彈靶相互作用下材料的衝擊力學行為，彈靶幾何結構特徵與材料動態回響的協同，以及材料變形、損傷破壞、微細觀流變及形貌特徵等宏細觀特性；③研究靶板變形能/反彈能與動能體回響力之間的關係，建立動能體嵌立金屬靶的理論分析模型；④揭示動能體半侵徹金屬靶的嵌立主控機理，獲得其牢固嵌立方法及臨界作用條件。通過本項目研究，可為有關嵌立效應的工程套用提供重要科學依據。

結題摘要

彈丸半侵徹金屬靶的嵌立研究是隨先進終點彈道效應需求牽引與侵徹彈道學科發展所遇到的理論和方法瓶頸問題。本項目綜合理論分析、數值仿真和材料與結構動載耦合及分解試驗等手段，獲得了彈丸半侵徹金屬靶的嵌立機理與臨界條件。基於不同異型彈丸凹槽的半侵深試驗與材料微觀實驗，獲得了半侵徹作用過程異型彈丸凹槽區靶材的流動特性；得到了彈丸半侵徹過程彈坑周圍靶板材料微觀結構特徵與失效模式；建立了異型彈丸對金屬靶半侵徹作用的階段模型。 通過建立可反映凹槽區材料流動行為的精細仿真模型，結合彈丸侵深、靶板材料變形與流變特性、靶板材料失效方式的模擬與半侵徹試驗結果，得到了凹槽區靶材流動物理圖像，獲得了不同靶板厚度、不同彈丸凹槽幾何特徵對半侵徹作用的影響規律。通過對半侵徹反彈階段實現嵌立過程能量分析，提出了反彈能、動態抱彈能與靜態抱彈能滿足的能量關係；根據錐形彈丸和不同異型彈丸的準靜態拉拔試驗，獲得了拉拔彈丸脫離靶板過程中拉力隨行程變化數據，獲得了凹槽幾何尺寸、侵徹深度等因素對嵌立牢固性的影響特性。 基於半侵徹試驗和拉拔試驗研究，獲得了影響異型彈丸實現嵌立的關鍵因素：一為彈靶摩擦力，二為防彈丸反彈阻礙力；獲得了異型彈丸半侵徹嵌立條件的表達式；提出了實現嵌立的不同異型彈丸設計方法，並通過仿真和試驗驗證了這些設計方法的可行性。建立了雙線性應變硬化材料的球形空穴膨脹理論，引入有限厚度靶板的影響，據此建立了異型彈丸半侵徹理論模型，通過對侵徹深度、侵徹速度和過載時程對比，該理論模型與半侵徹試驗和仿真均有較好的一致性。本項目研究結果可為動能體嵌立作用在工程實踐的套用提供重要的理論基礎和科學依據。