彈體對非均勻明膠靶標的侵徹機理研究

《彈體對非均勻明膠靶標的侵徹機理研究》是依託北京理工大學，由劉坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：彈體對非均勻明膠靶標的侵徹機理研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：劉坤
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

目前國內外多採用各向同性的均質明膠靶標進行致傷機理研究，雖能一定程度上滿足計算分析要求，但無法真實反映彈體與肌肉組織之間相互作用機理。本項目以非均勻明膠靶標為組織模擬物，擬通過理論分析、實驗研究和數值仿真相結合對侵徹機理展開研究。基於霍普金森桿實驗原理，藉助高速攝像等手段，開展非均勻明膠靶標動態力學特性研究，進而獲得靶標本構參數。利用數字式高速攝像機和多通道瞬態數據採集系統開展侵徹實驗，獲得彈體在靶標中運動參數。採用宏細觀相結合的方法，結合靶標動態本構關係，建立侵徹作用力學模型和數值仿真模型，探討彈體在目標中運動規律和致傷效應，揭示彈體與目標相互作用機理，明確致傷因素，提出殺傷效能評判標準，為戰傷救治和彈藥設計提供理論參考，同時為武器系統發展提供技術儲備。

結題摘要

本項目以非均勻明膠靶標為組織模擬物，通過理論分析、實驗研究和數值仿真相結合對侵徹機理開展研究。(1)藉助萬能材料試驗機和霍普金森壓桿實驗裝置，對配比為10%靶標進行了靜、動態單軸壓縮實驗，獲得了其不同應變率下力學回響，並對其本構模型進行了研究。利用ZWT本構模型對實驗結果進行擬合，獲得了模型中本構參數。結果表明，明膠為率相關材料，採用ZWT模型可準確描述靶標在不同應變率下壓縮力學行為。(2)引入靶標應變率效應的影響，建立了同時考慮慣性阻力、黏性阻力及明膠抗力的球形破片侵徹明膠運動模型，選取不同直徑球形破片為殺傷元，對其在靶標中運動規律進行了實驗研究，確定了最佳慣性阻力係數與黏性阻力係數，並在實驗研究基礎上，對運動模型進行數值計算，並與實驗結果進行了對比。結果表明，考慮靶標應變率效應的運動模型理論值與實測值誤差較小，一致性較好，能較為準確描述球形破片在目標中的運動規律。(3)採用多參數同步測量技術，對步槍彈在靶標中運動規律進行了實驗研究，獲得了彈體在靶標中運動參數。基於彈頭侵徹防護特點，引入高應變率下由Kelvin-Voigt體與彈簧串聯的3單元體描述的超高分子量聚乙烯纖維的本構模型，分析了手槍彈侵徹下軟防護破壞形式，結合纖維本構方程，並引入明膠彈性模型建立了手槍彈侵徹有軟防護目標運動模型，選用兩種結構手槍彈，對運動模型進行數值計算。通過有限元軟體，開展槍彈與靶標相互作用過程數值模擬，揭示彈體與靶標相互作用機理。研究成果可充實彈藥設計理論，促進醫工交叉融合，為戰傷救治和單兵防護性能最佳化提供科學依據。