
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 250529-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0529
收稿日期:2025-06-23
上线日期:2025-11-05
通讯作者:
ZHANG Lizhong1, REN Huilan1, LI Jianqiao1,*(
), LI Wei2
Received:2025-06-23
Online:2025-11-05
摘要: 为研究铝钨(Al/W)活性材料的力学性能以及对靶板的侵彻特性,利用模压烧结法制备了Al/W活性材料,并开展了准静态/动态压缩实验与Al/W活性破片侵彻钢靶弹道枪实验研究。实验获取了Al/W活性材料的力学性能及其侵彻特性,并基于一维冲击波理论给出了Al/W活性破片的弹道极限速度预测公式;结合Al/W活性破片侵彻钢靶的高速摄影图像,通过图像识别技术定性分析了Al/W活性破片在不同侵彻速度下的释能特性。结果表明:Al/W活性材料动态应力应变曲线呈现出弹塑性变形特征,并具有明显的应变率效应;Al/W活性破片侵彻靶板时通过化学反应释放大量能量,其释能强度与释能时间显著增强;同密度相近的钛(Ti)破片相比,高温效应显著增强了Al/W活性破片对靶板的毁伤能力。
张力中, 任会兰, 栗建桥, 李尉. 铝钨活性材料力学性能及侵彻特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250529-.
ZHANG Lizhong, REN Huilan, LI Jianqiao, LI Wei. The Mechanical Properties and Penetration Characteristics of Al/W Reactive Materials[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(10): 250529-.
| 材料 | 尺寸/ mm×mm | 密度/ (kg·m-3) | 质量/ g | 弹性模量/ GPa |
|---|---|---|---|---|
| Al/W | φ5×5 | 4950 | 0.49 | 2.07 |
| Ti | φ5×5 | 4500 | 0.44 | 105 |
表1 破片性能参数
Table 1 Mechanical properties parameters of the fragment
| 材料 | 尺寸/ mm×mm | 密度/ (kg·m-3) | 质量/ g | 弹性模量/ GPa |
|---|---|---|---|---|
| Al/W | φ5×5 | 4950 | 0.49 | 2.07 |
| Ti | φ5×5 | 4500 | 0.44 | 105 |
| 材料 | 尺寸/ mm×mm×mm | 密度/ (kg·m-3) | 弹性 模量/GPa |
|---|---|---|---|
| Q235钢 | 500×500×5 | 7850 | 206 |
表2 靶板性能参数
Table 2 Mechanical properties parameters of the target plate
| 材料 | 尺寸/ mm×mm×mm | 密度/ (kg·m-3) | 弹性 模量/GPa |
|---|---|---|---|
| Q235钢 | 500×500×5 | 7850 | 206 |
| 材料 | 应变率/s-1 | 屈服强度/MPa | 塑性硬化模量/MPa |
|---|---|---|---|
| 1190 | 135.5 | 302.1 | |
| Al/W | 1580 | 162.0 | 156.6 |
| 1890 | 165.9 | 148.7 | |
| 2540 | 186.7 | - |
表3 Al/W活性材料的动态力学性能参数
Table 3 Dynamic mechanical properties of Al/W reactive materials
| 材料 | 应变率/s-1 | 屈服强度/MPa | 塑性硬化模量/MPa |
|---|---|---|---|
| 1190 | 135.5 | 302.1 | |
| Al/W | 1580 | 162.0 | 156.6 |
| 1890 | 165.9 | 148.7 | |
| 2540 | 186.7 | - |
| 破片 类型 | 撞击速度/ (m·s-1) | 撞击 动能/J | 弹坑 深度/mm | 弹坑 直径/mm |
|---|---|---|---|---|
| Al/W | 535 | 69.6 | 0.38 | 5.21 |
| Al/W | 588 | 84.0 | 0.72 | 5.38 |
| Al/W | 678 | 111.7 | 0.97 | 5.63 |
| Al/W | 758 | 139.6 | 2.14 | 6.02 |
| Al/W | 1189 | 343.5 | 5.30 | 8.14 |
| Al/W | 1333 | 431.8 | 6.09 | 9.21 |
| Al/W | 1435 | 500.4 | 穿透 | 9.92 |
| Al/W | 1498 | 545.3 | 穿透 | 9.81 |
| Al/W | 1796 | 790.2 | 穿透 | 9.62 |
| Ti | 884 | 171.9 | 1.86 | 6.88 |
| Ti | 1136 | 283.9 | 2.66 | 8.04 |
| Ti | 1343 | 396.8 | 3.97 | 8.67 |
| Ti | 1630 | 584.5 | 4.84 | 8.90 |
表4 破片侵彻钢靶实验结果
Table 4 Experimental results of fragment penetrating steel target
| 破片 类型 | 撞击速度/ (m·s-1) | 撞击 动能/J | 弹坑 深度/mm | 弹坑 直径/mm |
|---|---|---|---|---|
| Al/W | 535 | 69.6 | 0.38 | 5.21 |
| Al/W | 588 | 84.0 | 0.72 | 5.38 |
| Al/W | 678 | 111.7 | 0.97 | 5.63 |
| Al/W | 758 | 139.6 | 2.14 | 6.02 |
| Al/W | 1189 | 343.5 | 5.30 | 8.14 |
| Al/W | 1333 | 431.8 | 6.09 | 9.21 |
| Al/W | 1435 | 500.4 | 穿透 | 9.92 |
| Al/W | 1498 | 545.3 | 穿透 | 9.81 |
| Al/W | 1796 | 790.2 | 穿透 | 9.62 |
| Ti | 884 | 171.9 | 1.86 | 6.88 |
| Ti | 1136 | 283.9 | 2.66 | 8.04 |
| Ti | 1343 | 396.8 | 3.97 | 8.67 |
| Ti | 1630 | 584.5 | 4.84 | 8.90 |
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|---|
| Dp/mm | 5 | Dt | 1.9Dp |
| ρp/(kg·m-3) | 4950 | ρt/(kg·m-3) | 4500 |
| mp/g | 0.49 | mt/g | 0.44 |
| hp/mm | 5 | ht/mm | 5 |
| Cp/(m·s-1) | 646 | Ct/(m·s-1) | 4569 |
| sp | 1.28 | st | 1.49 |
| Gt/GPa | 77 | ΔH/(kJ/g) | 11.21 |
| KC/(MPa·m0.5) | 18.2 | τud/MPa | 500 |
表5 计算参数
Table 5 Calculation parameters
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|---|
| Dp/mm | 5 | Dt | 1.9Dp |
| ρp/(kg·m-3) | 4950 | ρt/(kg·m-3) | 4500 |
| mp/g | 0.49 | mt/g | 0.44 |
| hp/mm | 5 | ht/mm | 5 |
| Cp/(m·s-1) | 646 | Ct/(m·s-1) | 4569 |
| sp | 1.28 | st | 1.49 |
| Gt/GPa | 77 | ΔH/(kJ/g) | 11.21 |
| KC/(MPa·m0.5) | 18.2 | τud/MPa | 500 |
| 数据来源 | 破片材料 | 弹道极限速度/(m·s-1) |
|---|---|---|
| 实验值 | Al/W | 1333~1435 |
| 计算值 | Al/W | 1355 |
表6 计算结果与实验结果
Table 6 Calculation results and experimental results
| 数据来源 | 破片材料 | 弹道极限速度/(m·s-1) |
|---|---|---|
| 实验值 | Al/W | 1333~1435 |
| 计算值 | Al/W | 1355 |
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