兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3707-3718.doi: 10.12382/bgxb.2023.0035
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
收稿日期:
2023-01-18
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
TANG Kui, WANG Jinxiang*(), LIU Liangtao, YANG Ming
Received:
2023-01-18
Online:
2023-12-30
摘要:
针对长杆弹侵彻半无限厚金属靶过程中第3侵彻阶段机理不清的问题,建立了三维光滑粒子流体动力学有限元模型,在验证模型有效性的基础上,开展了金杆侵彻半无限厚7075-T6铝靶研究,对第3侵彻阶段机理进行探索,并分析弹/靶密度、强度和弹体长径比对侵彻的影响规律。研究结果表明:金杆侵彻7075-T6铝靶的侵彻深度曲线在高速段显著超过流体动力学极限是由倒转金杆碎片对靶板的二次侵彻造成的;金杆销蚀后形成管状碎片体,高初速下其速度较大,其方向与侵彻方向一致,且其密度大,因此它会在弹体完全销蚀后继续侵彻靶体;金杆的二次侵彻深度随撞击速度增大呈“S”形增大,它对总侵彻深度的贡献在3km/s撞击速度下甚至高达15.6%;存在二次侵彻时,长杆弹侵彻半无限靶第3侵彻阶段划分为剩余侵彻和二次侵彻阶段更合适;高弹靶密度比有利于形成二次侵彻现象;靶体密度和强度对总侵彻性能的影响显著超过弹体密度和强度;无论是保持弹体长度还是质量不变,长径比对流体动力学侵深和总侵深有显著的影响,但对二次侵彻的影响却较小。
中图分类号:
唐奎, 王金相, 刘亮涛, 杨明. 长杆弹二次侵彻机理及影响因素研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3707-3718.
TANG Kui, WANG Jinxiang, LIU Liangtao, YANG Ming. Study on the Mechanism of Secondary Penetration of Long-rod Projectile and Its Influencing Factors[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3707-3718.
材料 | G0 / GPa | ρ/ (g·cm-3) | σ0/ MPa | Tm0/ K | c1/ (m·s-1) | S1 | G'p | G'T/ (GPa·K-1) | σ'p | β | n | γ0 | σm/ MPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
金杆 | 28 | 19.3 | 200 | 1280 | 3080 | 1.56 | 1.05 | -0.00871 | 7.50×10-4 | 49 | 0.39 | 2.99 | 225 |
铅杆 | 4.9 | 11.9 | 18 | 600 | 2092 | 1.45 | 2 | ||||||
铝杆 | 26.9 | 2.7 | 290 | 930 | 5380 | 1.34 | 2.1 | ||||||
7075-T6铝靶 | 26.7 | 2.8 | 496 | 1220 | 5200 | 1.36 | 1.741 | -0.01645 | 2.74×10-2 | 965 | 0.1 | 2.2 | 810 |
表1 弹靶材料模型参数
Table 1 Material parameters of projectile and target
材料 | G0 / GPa | ρ/ (g·cm-3) | σ0/ MPa | Tm0/ K | c1/ (m·s-1) | S1 | G'p | G'T/ (GPa·K-1) | σ'p | β | n | γ0 | σm/ MPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
金杆 | 28 | 19.3 | 200 | 1280 | 3080 | 1.56 | 1.05 | -0.00871 | 7.50×10-4 | 49 | 0.39 | 2.99 | 225 |
铅杆 | 4.9 | 11.9 | 18 | 600 | 2092 | 1.45 | 2 | ||||||
铝杆 | 26.9 | 2.7 | 290 | 930 | 5380 | 1.34 | 2.1 | ||||||
7075-T6铝靶 | 26.7 | 2.8 | 496 | 1220 | 5200 | 1.36 | 1.741 | -0.01645 | 2.74×10-2 | 965 | 0.1 | 2.2 | 810 |
图3 夹心长杆弹侵彻半无限靶试验(左)与仿真结果(右)对比[2]
Fig.3 Comparison between experimental (left) and simulated (right) results for jacketed long-rods impacting semi-infinite target[2]
图9 L/D=7.35金杆以3km/s速度撞击7075-T6铝靶的弹尾速度、侵彻速度、弹体长度、侵彻深度和弹/靶界面压力的时程曲线
Fig.9 Typical simulated results for time histories of back-end velocity, penetration velocity, projectile length, penetration depth, and interface pressure at rod-target boundary for L/D=7.35 gold rod impacting aluminum target at 3.0km/s
h/cm | v0/(km·s-1) | |
---|---|---|
2.540 | 2.771 | |
1.4 | 12.703 | 14.020 |
1.5 | 12.617 | 13.357 |
1.6 | 12.656 | 13.301 |
无限厚 | 12.842 | 13.507 |
表3 不同速度金杆侵彻不同厚度7075-T6铝靶深度
Table 3 Penetration depth for gold rod impacting 7075-T6 aluminum target with different thickness at different v0 mm
h/cm | v0/(km·s-1) | |
---|---|---|
2.540 | 2.771 | |
1.4 | 12.703 | 14.020 |
1.5 | 12.617 | 13.357 |
1.6 | 12.656 | 13.301 |
无限厚 | 12.842 | 13.507 |
[1] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2021.103917 URL |
[2] |
doi: 10.1016/j.dt.2021.03.003 URL |
[3] |
肖云凯, 吴昊, 方秦. 长杆弹超高速侵彻金属靶体的试验和模型分析[J]. 兵工学报, 2017, 38(增刊 1):15 - 23.
|
|
|
[4] |
陈海华, 张先锋, 刘闯, 等. 基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(9): 1777-1796.
|
|
|
[5] |
王娟, 赵均海, 周媛, 等. 高速长杆弹对有限直径金属厚靶的侵彻分析[J]. 工程力学, 2022, 39(4): 238-245.
|
|
|
[6] |
姚志彦, 李金柱, 齐凯丽, 等. 长杆弹超高速侵彻砂浆靶临界速度的试验和计算[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1578-1588.
|
|
|
[7] |
|
[8] |
焦文俊, 陈小伟. 长杆高速侵彻问题研究进展[J]. 力学进展, 2019, 49: 312-391.
|
|
|
[9] |
doi: 10.1063/1.1708570 URL |
[10] |
doi: 10.1016/0016-0032(61)90559-2 URL |
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1016/0734-743X(95)99902-4 URL |
[13] |
doi: 10.1016/S0734-743X(99)00115-3 URL |
[14] |
|
[15] |
doi: 10.1016/S0734-743X(99)00032-9 URL |
[16] |
门建兵, 蒋建伟, 王树有, 等. 爆炸冲击数值模拟技术基础[M]. 北京理工大学出版社, 2015: 75-84.
|
|
|
[17] |
doi: 10.1108/AEAT-07-2021-0223 URL |
[18] |
高月光, 冯顺山, 刘云辉, 等. 不同端盖厚度的圆柱形装药壳体破片初速分布[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1527-1536.
|
doi: 10.12382/bgxb.2021.0443 |
|
[19] |
郑克勤, 张庆明, 龙仁荣, 等. 超高速撞击波阻抗梯度材料形成的碎片云相变特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 773-780.
|
|
|
[20] |
doi: 10.1016/S0734-743X(01)00126-9 URL |
[1] | 严泽臣,岳松林,邱艳宇,王建平,赵跃堂,施杰,李旭. 水下爆炸冲击波反射压力计算方法的改进[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1196-1207. |
[2] | 李婧, 孙晓霞, 马兴龙, 朱文祥. 开孔泡沫金属传热和流动特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 122-130. |
[3] | 康耕新, 颜海春, 张亚栋, 刘明君, 郝礼楷. 接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 144-155. |
[4] | 雷娟棉, 高毅, 勇政. 旋转导弹横向喷流干扰特性数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 105-121. |
[5] | 王新宇, 姜春兰, 王在成, 方远德. 烤燃条件下JEO聚能装药战斗部泄压结构研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 1-14. |
[6] | 雷特, 武郁文, 徐高, 邱彦铭, 康朝辉, 翁春生. 基于大涡模拟方法的三维旋转爆轰流场结构研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 85-96. |
[7] | 周广盼, 王荣, 王明洋, 丁建国, 张国凯. 涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥主梁抗爆性能试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 9-25. |
[8] | 寇永锋, 杨坤, 张斌, 肖迤文, 鲁建英, 陈朗. 基于烤燃实验和数值模拟的战斗部装药热安全性[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 41-49. |
[9] | 余双洋, 彭永. 4340钢弹侵彻45号钢靶的温升数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 144-151. |
[10] | 余雯君, 陈胜云, 邓树新, 于冰冰, 晋冬艳. 爆炸冲击波在变向通道中传播规律数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 180-188. |
[11] | 杜永刚, 王雪松, 万志华. 助飞运载器螺旋传动失效的机理研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2033-2040. |
[12] | 高铁锁, 江涛, 傅杨奥骁, 丁明松, 刘庆宗, 董维中, 许勇, 李鹏. 不同尺度飞行器周围等离子体分布及电磁波传输效应[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1809-1819. |
[13] | 成乐乐, 黄风雷, 武海军, 田思晨, 陈文戈. 水下爆炸作用下多舱室结构的动力响应及损伤特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3562-3579. |
[14] | 潘腾, 卞晓兵, 袁名正, 王亮亮, 黄元, 黄广炎, 张宏. 爆炸冲击波作用下聚氨酯-半球夹芯结构的动态响应[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3580-3589. |
[15] | 刘如石, 郭则庆, 张辉. 尾部形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2984-2994. |
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