兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 240726-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0726
周峰1, 李立国2, 邢炳楠3, 杜成鑫1,*(), 杜忠华1,4, 王鹏1, 付华萌5
收稿日期:
2024-08-26
上线日期:
2025-08-12
通讯作者:
基金资助:
ZHOU Feng1, LI Liguo2, XING Bingnan3, DU Chengxin1,*(), DU Zhonghua1,4, WANG Peng1, FU huameng5
Received:
2024-08-26
Online:
2025-08-12
摘要:
为了获得具有高侵彻效率的护套钨丝/锆基非晶复合材料的穿甲杆,开展了护套材料强度对钨丝/锆基非晶弹芯(后简称“钨丝集束”)侵彻性能的影响研究。采用30CrMnSi和Q235两种材料作为钨丝集束弹护套,在1700~2000m/s的着靶速度范围内开展了对C45钢的侵彻实验,并利用有限元分析软件对2种护套钨丝集束弹芯侵蚀机理进行分析。实验结果表明:30CrMnSi/钨丝集束弹芯侵蚀方式由侵彻初期的“共同侵蚀”逐渐转变为“分别侵蚀”,护套与弹芯脱离,并未起到保护弹芯的作用,使钨丝集束弹芯发生劈裂,导致30CrMnSi/钨丝集束弹芯侵彻性能不稳定,在实验速度范围内侵彻效率具有较大波动,差值相差50%以上(最高侵彻效率为1.68,而最低侵彻效率仅为1.03);Q235/钨丝集束弹芯侵彻效果较为稳定,实验获得的侵彻效率均在1.5以上。Q235护套在侵彻过程中紧紧贴合钨丝集束弹芯,与弹芯以“共同侵蚀”的方式失效,抑制裂纹在弹芯内部萌生、扩展,消除了弹芯侵彻过程中“劈裂”现象,为弹芯提供径向强度,提升了弹芯的侵彻性能。实验结果证明,合适的护套材料可以有助于增加钨丝/锆基非晶复合材料的侵彻稳定性,但并不是强度越高侵彻效果越好。该结论对护套钨丝/锆基非晶复合材料穿甲杆的设计具有理论支撑作用。
中图分类号:
周峰, 李立国, 邢炳楠, 杜成鑫, 杜忠华, 王鹏, 付华萌. 护套强度对钨丝集束弹芯侵彻性能的影响[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240726-.
ZHOU Feng, LI Liguo, XING Bingnan, DU Chengxin, DU Zhonghua, WANG Peng, FU huameng. The Influence of Strength of Jacket Materials on the Penetration Performance of WF/Zr-MG Rods[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(7): 240726-.
实验 编号 | 护套材料 | 弹芯质量/g | 弹丸质量/g | 弹芯初速/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1-1 | WF/Zr-MG+ 30CrMnSi steel | 34.1 | 74.8 | 1757.6 |
1-2 | 34.1 | 74.3 | 1859.4 | |
1-3 | 34.1 | 74.5 | 1984.9 | |
1-4 | 34.2 | 74.6 | 2079 | |
2-1 | WF/Zr-MG+ Q235 steel | 34.0 | 75.1 | 1730.2 |
2-2 | 34.4 | 75 | 1887 | |
2-3 | 34.4 | 75.1 | 1966.2 | |
2-4 | 34.2 | 74.8 | 1988.8 |
表1 实验参数
Table 1 Experimental parameters
实验 编号 | 护套材料 | 弹芯质量/g | 弹丸质量/g | 弹芯初速/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1-1 | WF/Zr-MG+ 30CrMnSi steel | 34.1 | 74.8 | 1757.6 |
1-2 | 34.1 | 74.3 | 1859.4 | |
1-3 | 34.1 | 74.5 | 1984.9 | |
1-4 | 34.2 | 74.6 | 2079 | |
2-1 | WF/Zr-MG+ Q235 steel | 34.0 | 75.1 | 1730.2 |
2-2 | 34.4 | 75 | 1887 | |
2-3 | 34.4 | 75.1 | 1966.2 | |
2-4 | 34.2 | 74.8 | 1988.8 |
实验 编号 | 护套材料 | 着靶速度/ (m·s-1) | 侵彻深度/ mm | 侵彻效率 (P/L) | 弹坑直径/ mm |
---|---|---|---|---|---|
1-1 | WF/Zr-MG+ 30CrMnSi steel | 1757.6 | 34.1 | 1.03 | 20.4 |
1-2 | 1859.4 | 52.43 | 1.58 | 17.89 | |
1-3 | 1984.9 | 54.47 | 1.68 | 18.97 | |
1-4 | 2079 | 37.45 | 1.13 | 20.2 | |
2-1 | WF/Zr- MG+Q235 钢 | 1730.2 | 51.5 | 1.56 | 18.1 |
2-2 | 1887 | 54.24 | 1.64 | 17.12 | |
2-3 | 1966.2 | 54.25 | 1.64 | 17.76 | |
2-4 | 1988.8 | 55.6 | 1.68 | 18.9 |
表2 侵彻威力参量
Table 2 Penetration power data
实验 编号 | 护套材料 | 着靶速度/ (m·s-1) | 侵彻深度/ mm | 侵彻效率 (P/L) | 弹坑直径/ mm |
---|---|---|---|---|---|
1-1 | WF/Zr-MG+ 30CrMnSi steel | 1757.6 | 34.1 | 1.03 | 20.4 |
1-2 | 1859.4 | 52.43 | 1.58 | 17.89 | |
1-3 | 1984.9 | 54.47 | 1.68 | 18.97 | |
1-4 | 2079 | 37.45 | 1.13 | 20.2 | |
2-1 | WF/Zr- MG+Q235 钢 | 1730.2 | 51.5 | 1.56 | 18.1 |
2-2 | 1887 | 54.24 | 1.64 | 17.12 | |
2-3 | 1966.2 | 54.25 | 1.64 | 17.76 | |
2-4 | 1988.8 | 55.6 | 1.68 | 18.9 |
材料 | ρ/(g·cm-3) | E/GPa | ν | σ0.2/MPa | εb | σb/MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
钨丝[ | 19.22 | 390 | 0.28 | 1687 | 1.3% | 2002 |
Zr基非 晶合金[ | 6.68 | 96 | 0.36 | 1000 |
表3 钨丝及锆基非晶仿真参数
Table 3 Data summary for WFs and Zr-MG
材料 | ρ/(g·cm-3) | E/GPa | ν | σ0.2/MPa | εb | σb/MPa |
---|---|---|---|---|---|---|
钨丝[ | 19.22 | 390 | 0.28 | 1687 | 1.3% | 2002 |
Zr基非 晶合金[ | 6.68 | 96 | 0.36 | 1000 |
材料 | ρ(g·cm-3) | A/MPa | B/MPa | n | c | m |
---|---|---|---|---|---|---|
Q235[ | 7.85 | 235 | 46 | 0.36 | 0.0392 | 0.757 |
30CrMnSi [ | 7.85 | 1440 | 1500 | 0.44 | 0.039 | 0.404 |
C45#钢[ | 7.85 | 496 | 320 | 0.28 | 0.064 | 1.06 |
C45TR钢[ | 7.85 | 800 | 320 | 0.28 | 0.064 | 1.06 |
材料 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |
Q235[ | 43.408 | 44.608 | -0.016 | 0.0145 | 0.046 | |
30rMnSiC[ | 43.408 | 44.608 | -0.016 | 0.0145 | 0.046 | |
C45#钢[ | 0.1 | 0.76 | 1.57 | 0.005 | -0.84 | |
C45TR钢[ | 0.1 | 0.76 | 1.57 | 0.005 | -0.84 |
表4 Q235,30CrMnSi 和C45钢仿真参数
Table 4 Data summary for Q235,30CrMnSi and C45 steel
材料 | ρ(g·cm-3) | A/MPa | B/MPa | n | c | m |
---|---|---|---|---|---|---|
Q235[ | 7.85 | 235 | 46 | 0.36 | 0.0392 | 0.757 |
30CrMnSi [ | 7.85 | 1440 | 1500 | 0.44 | 0.039 | 0.404 |
C45#钢[ | 7.85 | 496 | 320 | 0.28 | 0.064 | 1.06 |
C45TR钢[ | 7.85 | 800 | 320 | 0.28 | 0.064 | 1.06 |
材料 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |
Q235[ | 43.408 | 44.608 | -0.016 | 0.0145 | 0.046 | |
30rMnSiC[ | 43.408 | 44.608 | -0.016 | 0.0145 | 0.046 | |
C45#钢[ | 0.1 | 0.76 | 1.57 | 0.005 | -0.84 | |
C45TR钢[ | 0.1 | 0.76 | 1.57 | 0.005 | -0.84 |
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