兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 240533-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0533
王展翾1, 李欣田1, 徐立志1,*(), 杜忠华1,2,**(
)
收稿日期:
2024-07-02
上线日期:
2025-06-28
通讯作者:
基金资助:
WANG Zhanxuan1, LI Xintian1, XU Lizhi1,*(), DU Zhonghua1,2,**(
)
Received:
2024-07-02
Online:
2025-06-28
摘要:
为进一步对具有横向效应增强的侵彻体(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)侵彻金属靶板后破片的最大径向速度进行有效预测,采用数值模拟与理论分析的方法,对PELE撞击靶板时的碰撞压力、径向压力和破片停止加速时间进行详细的对比分析。研究结果表明:弹性波理论低估了PELE撞击靶板时的碰撞压力,而冲击波理论的计算结果与实际情况更加吻合;轴向压力全部转换为径向压力而不是一定比例转换;当壳体达到最大失效应变时,壳体开始破碎,并停止加速更符合实际情况。通过上述分析改进了径向速度模型,并分别与弹性波模型、冲击波模型和试验结果进行对比,在碰撞压力较大时,新模型能够对PELE侵彻金属靶板后破片的最大径向速度进行有效预测。
中图分类号:
王展翾, 李欣田, 徐立志, 杜忠华. 横向效应增强侵彻体撞击靶板后破片径向速度预测模型的对比分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240533-.
WANG Zhanxuan, LI Xintian, XU Lizhi, DU Zhonghua. Comparative Study on Predictive Models for Radial Velocities of Fragments after PELE Impacting on Target Plates[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(6): 240533-.
材料 | ρ/(g·cm-3) | c/(km·s-1) | S1 | Grüneisen 常数 | E/GPa | 拉伸主 应变 | 拉伸主应 力/GPa | 断裂软化 算法 | 随机失效 算法 | 侵蚀应变 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
钨合金 | 18.00 | 4.029 | 1237 | 0 | 360.0 | 0.035 | 2.8 | 是 | 是 | 0.6 |
A-G3铝 | 2.650 | 5.176 | 1.350 | 1.97 | 63.90 | 否 | 否 | 0.8 | ||
PE | 9.200 | 2.187 | 1.481 | 1.64 | 1.060 | 否 | 否 | 0.8 | ||
尼龙[ | 1.130 | 2.290 | 1.630 | 0.87 | 23.00 | 否 | 否 | 0.8 | ||
XC48钢 | 7.823 | 4.797 | 1.490 | 0.00 | 201.0 | 否 | 否 | |||
A-U4G铝 | 2.800 | 5.106 | 1.350 | 2.00 | 74.00 | 否 | 否 |
表1 材料参数
Table 1 Material parameters
材料 | ρ/(g·cm-3) | c/(km·s-1) | S1 | Grüneisen 常数 | E/GPa | 拉伸主 应变 | 拉伸主应 力/GPa | 断裂软化 算法 | 随机失效 算法 | 侵蚀应变 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
钨合金 | 18.00 | 4.029 | 1237 | 0 | 360.0 | 0.035 | 2.8 | 是 | 是 | 0.6 |
A-G3铝 | 2.650 | 5.176 | 1.350 | 1.97 | 63.90 | 否 | 否 | 0.8 | ||
PE | 9.200 | 2.187 | 1.481 | 1.64 | 1.060 | 否 | 否 | 0.8 | ||
尼龙[ | 1.130 | 2.290 | 1.630 | 0.87 | 23.00 | 否 | 否 | 0.8 | ||
XC48钢 | 7.823 | 4.797 | 1.490 | 0.00 | 201.0 | 否 | 否 | |||
A-U4G铝 | 2.800 | 5.106 | 1.350 | 2.00 | 74.00 | 否 | 否 |
编号 | 弹芯材料 | 靶板材料 | 靶板厚 度/mm | 冲击速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | A-G3铝 | A-U4G铝 | 3 | 300~2 700 |
2 | A-G3铝 | XC 48钢 | ||
3 | PE | A-U4G铝 | ||
4 | PE | XC 48钢 | ||
5 | 尼龙 | A-U4G铝 | ||
6 | 尼龙 | XC 48钢 |
表2 数值模型工况参数
Table 2 Numerical model parameters
编号 | 弹芯材料 | 靶板材料 | 靶板厚 度/mm | 冲击速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | A-G3铝 | A-U4G铝 | 3 | 300~2 700 |
2 | A-G3铝 | XC 48钢 | ||
3 | PE | A-U4G铝 | ||
4 | PE | XC 48钢 | ||
5 | 尼龙 | A-U4G铝 | ||
6 | 尼龙 | XC 48钢 |
靶板材料 | 碰撞压力仿真结果 | 最终碰撞压力对比 |
---|---|---|
A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | |
表3 不同速度下碰撞压力(铝弹芯)
Table 3 Impact pressure curve at different velocities(aluminium filling)
靶板材料 | 碰撞压力仿真结果 | 最终碰撞压力对比 |
---|---|---|
A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | |
弹芯材料 | 靶板材料 | 碰撞压力仿真结果 | 最终碰撞压力对比 |
---|---|---|---|
PE | A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | | |
尼龙 | A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | |
表4 不同速度下碰撞压力(PE和尼龙弹芯)
Table 4 Imapct pressure curves at different velocities(PE and nylon filling)
弹芯材料 | 靶板材料 | 碰撞压力仿真结果 | 最终碰撞压力对比 |
---|---|---|---|
PE | A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | | |
尼龙 | A-U4G铝 | | |
XC 48钢 | | |
靶板材料 | 冲击速度/(m·s-1) | |
---|---|---|
300 | 2700 | |
A-U4G铝 | 0.79 | 12.37 |
XC 48钢 | 0.87 | 15.84 |
表5 尼龙弹芯PELE撞击靶板碰撞压力
Table 5 Pressure of PELE impacting on target plate with nylon filling GPa
靶板材料 | 冲击速度/(m·s-1) | |
---|---|---|
300 | 2700 | |
A-U4G铝 | 0.79 | 12.37 |
XC 48钢 | 0.87 | 15.84 |
模型 | 碰撞压力 | 径向压力 | 破片停止加速 |
---|---|---|---|
3 | pb=ρaca(ub-ua)+ρas | σr=σx,f | εr,lim(t)= |
4 | pb=ρaca(ub-ua)+ρas | σr=σx,f | εmax=0.035 |
表6 两种计算模型
Table 6 Two calculation models
模型 | 碰撞压力 | 径向压力 | 破片停止加速 |
---|---|---|---|
3 | pb=ρaca(ub-ua)+ρas | σr=σx,f | εr,lim(t)= |
4 | pb=ρaca(ub-ua)+ρas | σr=σx,f | εmax=0.035 |
编号 | 弹芯 | 靶板 | 冲击 速度/ (m·s-1) | |||
---|---|---|---|---|---|---|
密度/ (g·cm-3) | 泊松 比 | 弹性模 量/GPa | 密度/ (g·cm-3) | 厚度/ mm | ||
7 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 7.85 | 2 | 632 |
8 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 711 | ||
9 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 811 | ||
10 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 890 | ||
11 | 0.96 | 0.40 | 28.3 | 775 | ||
12 | 1.40 | 0.33 | 68.1 | 802 |
表7 文献[23]中试验工况参数
Table 7 Experimental condition parameters in Ref.[23]
编号 | 弹芯 | 靶板 | 冲击 速度/ (m·s-1) | |||
---|---|---|---|---|---|---|
密度/ (g·cm-3) | 泊松 比 | 弹性模 量/GPa | 密度/ (g·cm-3) | 厚度/ mm | ||
7 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 7.85 | 2 | 632 |
8 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 711 | ||
9 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 811 | ||
10 | 1.09 | 0.45 | 10.7 | 890 | ||
11 | 0.96 | 0.40 | 28.3 | 775 | ||
12 | 1.40 | 0.33 | 68.1 | 802 |
编号 | 弹芯 | 靶板 | 冲击 速度/ (m·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
材料 | 密度/ (g·cm-3) | 泊松 比 | 密度/ (g·cm-3) | 厚度/ mm | |||
13 | 6061铝 | 2.70 | 0.33 | 2.800 | 3 | 798 | |
14 | 806 | ||||||
15 | 聚四氟 乙烯 | 2.15 | 0.41 | 802 | |||
16 | 809 |
表8 文献[21]中试验工况参数
Table 8 Experimental condition parameters in Ref.[21]
编号 | 弹芯 | 靶板 | 冲击 速度/ (m·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
材料 | 密度/ (g·cm-3) | 泊松 比 | 密度/ (g·cm-3) | 厚度/ mm | |||
13 | 6061铝 | 2.70 | 0.33 | 2.800 | 3 | 798 | |
14 | 806 | ||||||
15 | 聚四氟 乙烯 | 2.15 | 0.41 | 802 | |||
16 | 809 |
图12 改进径向速度模型与冲击模型和弹性波模型的计算结果以及试验结果[21]对比
Fig.12 Comparison of calculated results of improved radial velocity model,impact model,and elastic wave model,as well as experimental results[21]
图13 改进径向速度模型与冲击模型和弹性波模型的计算结果以及试验结果[5]对比(A-U4G铝弹芯)
Fig.13 Comparison of calculated results of improved radial velocity model,impact model,and elastic wave model, as well as experimental results[5]( A-U4G Al filling)
图14 改进径向速度模型与冲击模型和弹性波模型的计算结果以及试验结果[5]对比( PE 弹芯)
Fig.14 Comparison of calculated results of improved radial velocity model,impact model, and elastic wave model,as well as experimental results[5] (PE filling)
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