兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3601-3612.doi: 10.12382/bgxb.2023.0014
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
高飞1,*(), 邓树新1, 张国凯1, 纪玉国1, 刘晨康1, 王明洋1,2
收稿日期:
2023-01-07
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
GAO Fei1,*(), DENG Shuxin1, ZHANG Guokai1, JI Yuguo1, LIU Chenkang1, WANG Mingyang1,2
Received:
2023-01-07
Online:
2023-12-30
摘要:
为研究弹体侵彻岩体介质尺寸效应产生的内在机理,开展两种弹形几何相似的钢质弹体对高强度花岗岩靶的侵彻效应试验。根据侵彻深度试验结果,评估常用的经验公式对于高强度岩石侵彻深度预测的适用性,发展以弹形系数和弹径系数为控制变量的侵彻深度计算方法,建立不同缩尺比下模型弹与原型弹侵彻深度换算关系。研究结果表明:模型弹与原型弹的比例侵彻深度存在弹体口径放大效应,该效应系数不仅与缩比系数有关,也与原型弹直径以及靶体材料参数有关,且随着原型弹直径的增大而增大,随着缩比系数的增大而减小;建立的侵彻深度换算关系解释了采用传统模型试验方法导致模型与原型试验结果之间产生误差的原因,揭示了弹体侵彻岩石类介质中尺寸效应产生的机理。
中图分类号:
高飞, 邓树新, 张国凯, 纪玉国, 刘晨康, 王明洋. 缩比模型弹侵彻岩石靶尺寸效应试验研究与理论分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3601-3612.
GAO Fei, DENG Shuxin, ZHANG Guokai, JI Yuguo, LIU Chenkang, WANG Mingyang. Experimental Study and Theoretical Analysis of the Size Effect for Scale Model Projectile Penetrating into Rock Target[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3601-3612.
密度/ (kg·m-3) | 静态抗压 强度/MPa | 动态抗压 强度/MPa | 弹性模量/ GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|
2670 | 147 | 246 | 54.6 | 0.25 |
表1 花岗岩基本力学性能参数
Table 1 Basic mechanical properties parameters of granite
密度/ (kg·m-3) | 静态抗压 强度/MPa | 动态抗压 强度/MPa | 弹性模量/ GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|
2670 | 147 | 246 | 54.6 | 0.25 |
密度/ (kg·m-3) | 洛氏硬度/ HRC | 抗拉强度/ MPa | 延伸率/ % | 截面收缩 率/% |
---|---|---|---|---|
7850 | 45 | 1400 | 12 | 58 |
屈服强度/ MPa | 硬化系数/ MPa | 硬化指数 | 应变率 系数 | 温度软化 系数 |
1270 | 810 | 0.48 | 0.04 | 1 |
表2 弹体材料参数[22]
Table 2 Material parameters of projectile[22]
密度/ (kg·m-3) | 洛氏硬度/ HRC | 抗拉强度/ MPa | 延伸率/ % | 截面收缩 率/% |
---|---|---|---|---|
7850 | 45 | 1400 | 12 | 58 |
屈服强度/ MPa | 硬化系数/ MPa | 硬化指数 | 应变率 系数 | 温度软化 系数 |
1270 | 810 | 0.48 | 0.04 | 1 |
编号 | 弹径 d/mm | 弹体质量 m/g | 速度v0/ (m·s-1) | 侵彻深度 h/mm | h/d | 靶体阻力常 数Rt/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|
A-1 | 20 | 206.1 | 488 | 63.0 | 3.15 | 1.78 |
A-2 | 20 | 206.4 | 607 | 78.0 | 3.90 | 2.04 |
A-3 | 20 | 206.2 | 659 | 89.0 | 4.45 | 2.01 |
A-4 | 20 | 206.0 | 772 | 108.0 | 5.40 | 2.14 |
A-5 | 20 | 206.3 | 842 | 119.0 | 5.95 | 2.25 |
A-6 | 20 | 206.4 | 920 | 128.0 | 6.40 | 2.45 |
A-7 | 20 | 206.3 | 986 | 138.0 | 6.90 | 2.57 |
A-8 | 20 | 206.3 | 1070 | 177.0 | 8.85 | 2.23 |
B-1 | 10 | 25.72 | 646 | 39.4 | 3.94 | 2.26 |
B-2 | 10 | 25.73 | 754 | 46.8 | 4.68 | 2.44 |
B-3 | 10 | 25.75 | 830 | 53.9 | 5.39 | 2.46 |
B-4 | 10 | 25.75 | 926 | 60.4 | 6.04 | 2.64 |
B-5 | 10 | 25.72 | 1016 | 69.5 | 6.95 | 2.67 |
表3 侵彻试验结果汇总
Table 3 Summary of penetration test results
编号 | 弹径 d/mm | 弹体质量 m/g | 速度v0/ (m·s-1) | 侵彻深度 h/mm | h/d | 靶体阻力常 数Rt/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|
A-1 | 20 | 206.1 | 488 | 63.0 | 3.15 | 1.78 |
A-2 | 20 | 206.4 | 607 | 78.0 | 3.90 | 2.04 |
A-3 | 20 | 206.2 | 659 | 89.0 | 4.45 | 2.01 |
A-4 | 20 | 206.0 | 772 | 108.0 | 5.40 | 2.14 |
A-5 | 20 | 206.3 | 842 | 119.0 | 5.95 | 2.25 |
A-6 | 20 | 206.4 | 920 | 128.0 | 6.40 | 2.45 |
A-7 | 20 | 206.3 | 986 | 138.0 | 6.90 | 2.57 |
A-8 | 20 | 206.3 | 1070 | 177.0 | 8.85 | 2.23 |
B-1 | 10 | 25.72 | 646 | 39.4 | 3.94 | 2.26 |
B-2 | 10 | 25.73 | 754 | 46.8 | 4.68 | 2.44 |
B-3 | 10 | 25.75 | 830 | 53.9 | 5.39 | 2.46 |
B-4 | 10 | 25.75 | 926 | 60.4 | 6.04 | 2.64 |
B-5 | 10 | 25.72 | 1016 | 69.5 | 6.95 | 2.67 |
α | dp/mm | dm/mm | hp/dp | hm/dm | χpm |
---|---|---|---|---|---|
1/10 | 100 | 10.1 | 10.5 | 7.7 | 1.36 |
1/5 | 100 | 20.3 | 10.5 | 8.5 | 1.23 |
1/2 | 20.3 | 10.1 | 8.5 | 7.7 | 1.10 |
表4 原型与模型试验的无量纲侵彻深度[6]
Table 4 Dimensionless penetration depths for the prototype and model penetration tests[6]
α | dp/mm | dm/mm | hp/dp | hm/dm | χpm |
---|---|---|---|---|---|
1/10 | 100 | 10.1 | 10.5 | 7.7 | 1.36 |
1/5 | 100 | 20.3 | 10.5 | 8.5 | 1.23 |
1/2 | 20.3 | 10.1 | 8.5 | 7.7 | 1.10 |
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