兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3667-3675.doi: 10.12382/bgxb.2023.0274
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
王明扬1, 郑宇轩1, 李天鹏2, 程春1,*(), 王远超3
收稿日期:
2023-03-29
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
WANG Mingyang1, ZHENG Yuxuan1, LI Tianpeng2, CHEN Chun1,*(), WANG Yuanchao3
Received:
2023-03-29
Online:
2023-12-30
摘要:
针对高速弹靶作用时穿甲弹芯发生变形及破碎的现象,设计一种两级分段弹芯结构,采用有限元仿真软件对两级弹芯结构侵彻陶瓷/钢复合靶板进行数值模拟。根据弹靶作用过程中的弹靶破坏模式、两级弹芯结构的运动规律,对侵彻过程进行阶段分析,并在此基础上探讨弹芯长度比例、间隔距离等因素对两级弹芯结构侵彻性能的影响。研究结果表明:两级弹芯结构较普通弹芯的侵彻深度增加率可达到16%以上;两级弹芯长度比例和间距对侵彻效果影响较大,选择合理的长度比例和间距有助于提高两级分段弹丸对陶瓷/钢复合靶板的侵彻性能;研究结果为两级分段弹芯的设计及应用奠定了基础。
中图分类号:
王明扬, 郑宇轩, 李天鹏, 程春, 王远超. 分段弹芯对陶瓷/钢复合装甲的侵彻行为[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3667-3675.
WANG Mingyang, ZHENG Yuxuan, LI Tianpeng, CHEN Chun, WANG Yuanchao. Behavior of Segmented Projectile Penetrating into Ceramic/Steel Composite Armor[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3667-3675.
材料 | ρ/ (g·cm-3) | G/ GPa | ν | A/ GPa | B/ GPa | n |
---|---|---|---|---|---|---|
T12A钢 | 7.80 | 82.00 | 0.30 | 1.54 | 0.48 | 0.18 |
6061铝合金 | 2.70 | 27.60 | 0.33 | 0.15 | 0.20 | 0.33 |
45号钢 | 7.85 | 77.00 | 0.33 | 0.71 | 0.56 | 0.51 |
材料 | C | m | D1 | D2 | D3 | D4 |
T12A钢 | 0.012 | 1.00 | 0.15 | 0.72 | -0.66 | 0.43 |
6061铝合金 | 0.03 | 1.44 | 0.63 | -4.57× 10-6 | 17.43 | 0.01 |
45号钢 | 0.037 | 0.698 | 0.10 | 0.74 | 1.57 | 0.005 |
表1 T12A[24]、6061铝合金和45号钢材料参数
Table 1 Material parameters of T12A[24], 6061 aluminum alloy and 45 # steel
材料 | ρ/ (g·cm-3) | G/ GPa | ν | A/ GPa | B/ GPa | n |
---|---|---|---|---|---|---|
T12A钢 | 7.80 | 82.00 | 0.30 | 1.54 | 0.48 | 0.18 |
6061铝合金 | 2.70 | 27.60 | 0.33 | 0.15 | 0.20 | 0.33 |
45号钢 | 7.85 | 77.00 | 0.33 | 0.71 | 0.56 | 0.51 |
材料 | C | m | D1 | D2 | D3 | D4 |
T12A钢 | 0.012 | 1.00 | 0.15 | 0.72 | -0.66 | 0.43 |
6061铝合金 | 0.03 | 1.44 | 0.63 | -4.57× 10-6 | 17.43 | 0.01 |
45号钢 | 0.037 | 0.698 | 0.10 | 0.74 | 1.57 | 0.005 |
材料 | ρ/ (g·cm-3) | G/ GPa | K1/ GPa | K2/ GPa | K3/ GPa | σHEL/ GPa | β |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Al2O3 | 3.89 | 152 | 231 | 5.1 | 0.26 | 6.57 | 1 |
A | N | C | B | M | D1 | D2 | Sfmax |
0.88 | 0.64 | 0.007 | 0.28 | 0.6 | 0.01 | 0.7 | 0.2045 |
表2 Al2O3陶瓷面板的材料参数[25]
Table 2 Material parameters of Al2O3 ceramic panel[25]
材料 | ρ/ (g·cm-3) | G/ GPa | K1/ GPa | K2/ GPa | K3/ GPa | σHEL/ GPa | β |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Al2O3 | 3.89 | 152 | 231 | 5.1 | 0.26 | 6.57 | 1 |
A | N | C | B | M | D1 | D2 | Sfmax |
0.88 | 0.64 | 0.007 | 0.28 | 0.6 | 0.01 | 0.7 | 0.2045 |
图4 试验靶板与弹体破损情况对比(上为试验结果,下为仿真结果)
Fig.4 Comparison of experimental target plate and projectile damages(The upper part is the test results, and the lower part is the simulated results)
序号 | 仿真靶板设置 | 速度/ (m·s-1) | DOP 试验值/ mm | DOP 仿真值/ mm | 仿真结 果偏 差/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 70mm铝合金 | 758 | 26.85 | 27.62 | 2.80 |
2 | 10mmAl2O3陶瓷+ 30mm铝合金(无约束) | 764 | 8.37 | 8.11 | 3.10 |
3 | 10mmAl2O3陶瓷+ 30mm铝合金(侧向约束) | 763 | 6.87 | 7.26 | 5.67 |
表3 试验与数值模拟对比
Table 3 Comparison between experimental and numerically simulated results
序号 | 仿真靶板设置 | 速度/ (m·s-1) | DOP 试验值/ mm | DOP 仿真值/ mm | 仿真结 果偏 差/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 70mm铝合金 | 758 | 26.85 | 27.62 | 2.80 |
2 | 10mmAl2O3陶瓷+ 30mm铝合金(无约束) | 764 | 8.37 | 8.11 | 3.10 |
3 | 10mmAl2O3陶瓷+ 30mm铝合金(侧向约束) | 763 | 6.87 | 7.26 | 5.67 |
侵彻速度/ (m·s-1) | 弹芯长度比例/ mm | 侵彻深度/ mm | 侵彻深度 提升率/% |
---|---|---|---|
700 | 0/50(普通) | 24.29 | |
700 | 5/45 | 27.60 | 13.63 |
700 | 10/40 | 22.43 | -7.69 |
700 | 15/35 | 21.83 | -10.12 |
700 | 20/30 | 22.43 | -7.69 |
表4 不同弹芯长度比例对侵彻深度的影响
Table 4 Influence of different core length ratio on penetration depth
侵彻速度/ (m·s-1) | 弹芯长度比例/ mm | 侵彻深度/ mm | 侵彻深度 提升率/% |
---|---|---|---|
700 | 0/50(普通) | 24.29 | |
700 | 5/45 | 27.60 | 13.63 |
700 | 10/40 | 22.43 | -7.69 |
700 | 15/35 | 21.83 | -10.12 |
700 | 20/30 | 22.43 | -7.69 |
图12 不同弹芯长度比例和不同弹芯间距情况下两级弹芯结构的侵彻深度
Fig.12 Penetration depth diagram of two-stage core structure under different core length ratios and different core spacings
弹芯比例 | 间距/mm | |||
---|---|---|---|---|
1 | 3 | 5 | 10 | |
0/50 | 24.29 | |||
5/45 | 27.60 | 28.30 | 27.63 | 28.30 |
10/40 | 22.43 | 21.24 | 19.53 | 24.19 |
15/35 | 21.83 | 24.93 | 24.30 | 23.67 |
20/30 | 22.43 | 25.37 | 25.12 | 26.91 |
表5 不同弹芯长度比例和不同弹芯间距情况下两级弹芯结构的侵彻深度
Table 5 Penetration depths of two-stage core structure under different core length ratios and different core spacings mm
弹芯比例 | 间距/mm | |||
---|---|---|---|---|
1 | 3 | 5 | 10 | |
0/50 | 24.29 | |||
5/45 | 27.60 | 28.30 | 27.63 | 28.30 |
10/40 | 22.43 | 21.24 | 19.53 | 24.19 |
15/35 | 21.83 | 24.93 | 24.30 | 23.67 |
20/30 | 22.43 | 25.37 | 25.12 | 26.91 |
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