
					兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1625-1636.doi: 10.12382/bgxb.2022.1013
        
               		刘铁磊1, 王晓锋1, 徐豫新1,2,3,*(
), 李永鹏1, 张健1
                  
        
        
        
        
    
收稿日期:2022-11-01
									
				
									
				
									
				
				
											上线日期:2023-05-16
									
			通讯作者:
					
        
               		LIU  Tielei1, WANG  Xiaofeng1, XU  Yuxin1,2,3,*(
), LI  Yongpeng1, ZHANG  Jian1
			  
			
			
			
                
        
    
Received:2022-11-01
									
				
									
				
									
				
				
											Online:2023-05-16
									
			摘要:
为了研究钨球在高速撞击下的变形行为对侵彻效果的影响,对钨球侵彻半无限低碳钢靶进行试验研究,得到<1600m/s冲击速度下钨球变形特征和靶板侵彻深度随冲击速度的变化规律。在此基础上构建钨球侵彻塑性变形模型。将钨球变形模型和球形空腔膨胀阻力模型相结合,建立钨球变形侵彻深度计算模型。对比不同撞击速度下钨球变形侵彻模型、刚性侵彻模型的计算结果。对比结果表明,变形侵彻模型能够更加准确地计算钨球对半无限靶的侵彻深度,计算结果与试验相比最大误差20%(正误差15%,负误差5%),精度较刚性侵彻模型提升42.86%。
中图分类号:
刘铁磊, 王晓锋, 徐豫新, 李永鹏, 张健. 一种考虑球体变形的钨球侵彻低碳钢深度计算模型[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1625-1636.
LIU Tielei, WANG Xiaofeng, XU Yuxin, LI Yongpeng, ZHANG Jian. A Calculation Modelfor Penetration Depth of Tungsten Ball against Low-carbon Steel Considering Sphere Deformation[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(5): 1625-1636.
																													图2 回收试验弹靶变形特征(上为靶板侵彻弹坑,下为回收弹丸)
Fig.2 Deformation characteristics of recovered projectile and target (upper: penetrated craters on target plate, and below: recovered projectiles)
| 序号 | 剩余 质量/ g  |  径向最 大半径/ mm  |  轴向剩 余长度/ mm  |  侵彻 深度/ mm  |  靶板弹 孔直径/ mm  |  冲击 速度/ (m·s-1)  | 
|---|---|---|---|---|---|---|
| (a) | 4.76 | 8.08 | 7.7 | 3.85 | 7.7 | 377.09 | 
| (b) | 4.75 | 8.13 | 7.65 | 4.65 | 8.47 | 457.63 | 
| (c) | 4.74 | 8.32 | 7.3 | 6.83 | 8.5 | 605.04 | 
| (d) | 4.74 | 8.41 | 7.01 | 6.69 | 8.42 | 637.92 | 
| (e) | 4.71 | 8.72 | 6.61 | 7.54 | 8.77 | 727.76 | 
| (f) | 4.7 | 8.77 | 6.53 | 8.05 | 8.93 | 732.7 | 
| (g) | 4.73 | 8.92 | 6.3 | 8.41 | 9.13 | 791.21 | 
| (h) | 4.74 | 9.23 | 5.98 | 8.41 | 9.43 | 817.56 | 
| (i) | - | - | - | 9.14 | 9.54 | 892.56 | 
| (j) | - | - | - | 9.11 | 10.06 | 980.04 | 
| (k) | - | - | - | 8.75 | 10.06 | 988.61 | 
| (l) | - | - | - | 9.3 | 11.81 | 1074.63 | 
| (m) | 4.62 | 11.44 | 4.2 | 11.13 | 12.32 | 1220.34 | 
| (n) | 4.63 | 11.56 | 4.18 | 12.11 | 12.74 | 1244.24 | 
| (o) | 4.62 | 11.7 | 3.96 | 11.6 | 13.15 | 1291.87 | 
| (p) | 4.55 | 11.65 | 4.41 | 12.06 | 13.11 | 1343.28 | 
| (q) | 4.59 | 11.71 | 4.83 | 13.27 | 14.23 | 1441.92 | 
| (r) | 4.52 | 11.69 | 4.59 | 13.78 | 14.28 | 1489.66 | 
表1 8mm直径93W钨球侵彻靶板后形状 特征参数
Table 1 Shape characteristic parameters of 8mm-diameter 93W sphere after penetrating target plate
| 序号 | 剩余 质量/ g  |  径向最 大半径/ mm  |  轴向剩 余长度/ mm  |  侵彻 深度/ mm  |  靶板弹 孔直径/ mm  |  冲击 速度/ (m·s-1)  | 
|---|---|---|---|---|---|---|
| (a) | 4.76 | 8.08 | 7.7 | 3.85 | 7.7 | 377.09 | 
| (b) | 4.75 | 8.13 | 7.65 | 4.65 | 8.47 | 457.63 | 
| (c) | 4.74 | 8.32 | 7.3 | 6.83 | 8.5 | 605.04 | 
| (d) | 4.74 | 8.41 | 7.01 | 6.69 | 8.42 | 637.92 | 
| (e) | 4.71 | 8.72 | 6.61 | 7.54 | 8.77 | 727.76 | 
| (f) | 4.7 | 8.77 | 6.53 | 8.05 | 8.93 | 732.7 | 
| (g) | 4.73 | 8.92 | 6.3 | 8.41 | 9.13 | 791.21 | 
| (h) | 4.74 | 9.23 | 5.98 | 8.41 | 9.43 | 817.56 | 
| (i) | - | - | - | 9.14 | 9.54 | 892.56 | 
| (j) | - | - | - | 9.11 | 10.06 | 980.04 | 
| (k) | - | - | - | 8.75 | 10.06 | 988.61 | 
| (l) | - | - | - | 9.3 | 11.81 | 1074.63 | 
| (m) | 4.62 | 11.44 | 4.2 | 11.13 | 12.32 | 1220.34 | 
| (n) | 4.63 | 11.56 | 4.18 | 12.11 | 12.74 | 1244.24 | 
| (o) | 4.62 | 11.7 | 3.96 | 11.6 | 13.15 | 1291.87 | 
| (p) | 4.55 | 11.65 | 4.41 | 12.06 | 13.11 | 1343.28 | 
| (q) | 4.59 | 11.71 | 4.83 | 13.27 | 14.23 | 1441.92 | 
| (r) | 4.52 | 11.69 | 4.59 | 13.78 | 14.28 | 1489.66 | 
| 材料 | ρ/(g·cm-3) | E/GPa | G/GPa | υ | A/GPa | 
|---|---|---|---|---|---|
| 93W | 17.6 | 350 | 160 | 0.284 | 1.506 | 
| Q235 | 7.80 | 210 | 86.1 | 0.22 | 0.235 | 
| 材料 | B/GPa | n | c | m | Tm/K | 
| 93W | 1.506 | 0.12 | 0.016 | 1.00 | 1732 | 
| Q235 | 0.750 | 0.25 | 0.015 | 1.3 | 1520 | 
| 材料 | Tr/K | D1 | D2 | D3 | |
| 93W | 294 | 3 | 0 | 0 | |
| Q235 | 294 | 2.2 | 0 | 0 | 
表2 弹靶材料本构参数
Table 2 Constitutive parameters of projectile and target materials
| 材料 | ρ/(g·cm-3) | E/GPa | G/GPa | υ | A/GPa | 
|---|---|---|---|---|---|
| 93W | 17.6 | 350 | 160 | 0.284 | 1.506 | 
| Q235 | 7.80 | 210 | 86.1 | 0.22 | 0.235 | 
| 材料 | B/GPa | n | c | m | Tm/K | 
| 93W | 1.506 | 0.12 | 0.016 | 1.00 | 1732 | 
| Q235 | 0.750 | 0.25 | 0.015 | 1.3 | 1520 | 
| 材料 | Tr/K | D1 | D2 | D3 | |
| 93W | 294 | 3 | 0 | 0 | |
| Q235 | 294 | 2.2 | 0 | 0 | 
																													图4 钨球侵彻后形状特征的试验和仿真对比(上为仿真结果,下为试验回收弹丸)
Fig.4 Comparison of shape characteristics of experimental and simulated tungsten balls(upper: simulated result; below: recovered projectile)
| r0/m | ρp/(kg·m-3) | ρt/(kg·m-3) | Et/Pa | Yt/Pa | 
|---|---|---|---|---|
| 0.004 | 17500 | 7830 | 2.1×1011 | 2.35×108 | 
| n | ξ | μ | v0/(m·s-1) | Δt/s | 
| 0.12 | 0.1 | 0.1 | 377~1487 | 1×10-8 | 
表3 初始参数
Table 3 Initial parameters
| r0/m | ρp/(kg·m-3) | ρt/(kg·m-3) | Et/Pa | Yt/Pa | 
|---|---|---|---|---|
| 0.004 | 17500 | 7830 | 2.1×1011 | 2.35×108 | 
| n | ξ | μ | v0/(m·s-1) | Δt/s | 
| 0.12 | 0.1 | 0.1 | 377~1487 | 1×10-8 | 
																													图17 不同ξ取值下的加速度、速度、侵彻深度、球体变形半径时变规律
Fig.17 Time-varying rule of acceleration, velocity, penetration depth and sphere deformation radius under different ξ values
																													图18 不同h2取值下的加速度、速度、侵彻深度、球体变形半径时变规律
Fig.18 Time-varying rule of acceleration, velocity, penetration depth and sphere deformation radius under different h2 values
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