《高速彈體非正侵徹結構回響模式與失效破壞機理研究》是依託北京理工大學，由皮愛國擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速彈體非正侵徹結構回響模式與失效破壞機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：皮愛國
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高速非正侵徹條件下容易導致侵徹體失效破壞，如彈體彎曲、屈曲、彈體破裂等結構回響現象。侵徹體的結構回響涉及到高速侵徹武器戰鬥部的結構強度與裝填比最佳化設計等重要方面，已成為該領域的重要科學與工程問題。但目前尚缺乏侵徹彈體回響特徵量的實時試驗數據、高速侵徹彈體失效破壞模式的機理分析。.本項目針對高速侵徹彈體工程設計中急需解決的關鍵科學問題，以獲取高速非正侵徹環境下侵徹體結構回響模式與失效破壞機理為突破點，採用試驗測試、理論分析和數值計算相結合的方法，重點獲得高速侵徹體結構回響的實時特徵，建立非正侵徹條件下由橫向與軸向載荷互動作用引起的高速侵徹體的結構回響分析模型，建立相應的高速侵徹體結構失效破壞判據，得到高速侵徹彈體殼體結構與裝藥的耦合回響規律，為高速侵徹彈體的結構最佳化設計、結構強度分析提供理論依據，同時為預測含能材料在衝擊載荷作用下的力學行為及化學回響提供力學邊界條件。
結題摘要
侵徹體的結構回響涉及到高速侵徹武器戰鬥部的結構強度與裝填比（炸藥裝藥與戰鬥部質量之比）最佳化設計、戰鬥部的侵徹能力及侵徹爆炸破壞終點效應的預估、乃至炸藥裝藥安定性分析等方面，是該領域的重要工程與科學問題。本項目採用實驗研究、數值模擬和理論分析相結合的方法，系統研究了大長細比彈體侵徹典型硬目標過程中的彈體結構彈塑性動力回響問題，得到了彈體回響過程的重要特徵，其主要工作與結論為： (1)建立了基於φ57輕氣炮的平面撞擊侵徹實驗系統，設計開展了一系列侵徹實驗，獲得了大長細比彈體撞擊硬目標的實時動力學回響分幅照片。軟回收彈體觀察到大長細比彈體垂直侵徹硬目標的局部墩粗、塑性屈曲兩種結構破壞模式，以及斜侵徹硬目標的整體塑性彎曲、彎曲與墩粗耦合、彎曲與屈曲耦合等三種結構破壞模式。基於MATLAB圖像處理，獲得了彈體實時及最終形變的精確量化實驗結果。 (2)基於LS-DYNA有限元程式的數值計算結果，得到Lagrange六面體常應力積分單元積分點任意時刻的應力張量σij，建立了利用該結果獲得截面廣義載荷的方法。計算Parkes梁問題與Parkes理論解和Reid的數值解定性一致。首次利用該方法分析得到侵徹過程中考慮波動效應的侵徹體截面軸力、剪力、彎矩等巨觀載荷量的動態回響變化過程。 (3)對彈體侵徹兩種硬目標的三種典型回響模式進行了數值模擬，即：具有單鉸破壞回響模式的斜侵徹、具有雙鉸破壞回響模式的斜侵徹以及剛性範圍內垂直侵徹的彈體回響。得到不同回響模式中的截面巨觀載荷分布、變化規律，討論了巨觀載荷對不同回響模式的影響。 (4)基於小變形假設得到剛塑性自由梁在側向載荷作用下的完全解。採用自由梁端點受質量塊斜撞擊的回響模式，建立了在軸向及側向互動載荷下的自由梁回響方程，結合動能彈侵徹混凝土目標的工程套用實際，得到了動能侵徹彈在一定著角、著速下的結構設計要求，以及一定結構彈體滿足結構強度和剛度要求的著速著角條件。
