兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 240521-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0521
刘澳昕, 张甲浩, 周晟, 李沛豫, 陈鹏万, 刘睿, 王海福*()
收稿日期:
2024-07-01
上线日期:
2025-06-28
通讯作者:
基金资助:
LIU Aoxin, ZHANG Jiahao, ZHOU Sheng, LI Peiyu, CHEN Pengwan, LIU Rui, WANG Haifu*()
Received:
2024-07-01
Online:
2025-06-28
摘要:
为揭示活性弹丸侵彻陶瓷靶板爆裂毁伤机理,开展活性弹丸冲击陶瓷靶板弹道碰撞实验,得到不同撞击速度下活性弹丸侵彻陶瓷靶板的爆裂毁伤行为及靶板碎片云飞散特性。基于一维应力波理论、活性材料激活假设,分析活性弹丸冲击激活行为。结合伯努利公式建立活性弹丸侵彻陶瓷靶板爆裂毁伤行为分析模型。综合实验及理论对不同速度下活性弹丸侵彻陶瓷靶板的爆裂毁伤行为进行讨论,从靶板毁伤模式、弹丸激活特性、靶后碎片云飞散特性等方面开展深入分析。分析结果表明:爆燃反应对活性弹丸侵彻陶瓷靶板的作用行为影响显著;随着速度的增大,活性弹丸爆燃反应更加剧烈,对靶板毁伤效应增强,陶瓷靶板毁伤程度不断加剧,毁伤模式从整体开裂到中心开坑四周辐射,随后演化为爆裂破碎;随着速度的增大,冲击形成陶瓷锥质量不断增大,陶瓷碎片飞散速度先增大后减小,靶后碎片云形态呈现由类截椭圆到梭镖状的变化趋势。
中图分类号:
刘澳昕, 张甲浩, 周晟, 李沛豫, 陈鹏万, 刘睿, 王海福. 活性弹丸侵彻陶瓷靶板爆裂毁伤行为研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240521-.
LIU Aoxin, ZHANG Jiahao, ZHOU Sheng, LI Peiyu, CHEN Pengwan, LIU Rui, WANG Haifu. Research on Blasting Damage Behavior of Reactive Projectile Penetrating into Ceramic Target[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(6): 240521-.
材料 | 密度/ (kg·m-3) | 屈服强度/ GPa | 弹性模量/ GPa | 维氏硬度/ GPa |
---|---|---|---|---|
Al2O3 | 3900 | 1.3 | 360 | 19.3 |
活性弹丸 | 7800 | 0.0165 |
表1 弹靶力学性能
Table 1 Mechanical properties of projectile and target
材料 | 密度/ (kg·m-3) | 屈服强度/ GPa | 弹性模量/ GPa | 维氏硬度/ GPa |
---|---|---|---|---|
Al2O3 | 3900 | 1.3 | 360 | 19.3 |
活性弹丸 | 7800 | 0.0165 |
序号 | 速度/ (m·s-1) | 毁伤模式 | 开坑尺寸/mm | 裂纹数目 | |
---|---|---|---|---|---|
正面 | 背面 | ||||
1 | 137 | 整体开裂 | 6 | ||
2 | 234 | 中心开坑 | 35×50 | 58×65 | 10 |
3 | 312 | 爆裂破碎 | 10 |
表2 实验结果
Table 2 Experimental results
序号 | 速度/ (m·s-1) | 毁伤模式 | 开坑尺寸/mm | 裂纹数目 | |
---|---|---|---|---|---|
正面 | 背面 | ||||
1 | 137 | 整体开裂 | 6 | ||
2 | 234 | 中心开坑 | 35×50 | 58×65 | 10 |
3 | 312 | 爆裂破碎 | 10 |
图5 惰性弹丸以400m/s速度撞击不同厚度陶瓷靶板毁伤情况[25]
Fig.5 Damages of ceramic plates with different target thicknesses caused by inert projectile at 400m/s impact velocity[25]
序号 | 靶板厚度/ mm | 毁伤模式 | 开坑尺寸/mm | 裂纹数目 | |
---|---|---|---|---|---|
正面 | 背面 | ||||
1 | 12 | 整体开裂 | ϕ6 | 40×46 | 4 |
2 | 10 | 整体开裂 | ϕ6 | 41×45 | 6 |
3 | 8 | 中心开坑 | 14×15 | 45×47 | 9 |
4 | 5 | 中心开坑 | 29×42 | 46×47 | 7 |
表3 对照实验结果
Table 3 Controlled experimental results
序号 | 靶板厚度/ mm | 毁伤模式 | 开坑尺寸/mm | 裂纹数目 | |
---|---|---|---|---|---|
正面 | 背面 | ||||
1 | 12 | 整体开裂 | ϕ6 | 40×46 | 4 |
2 | 10 | 整体开裂 | ϕ6 | 41×45 | 6 |
3 | 8 | 中心开坑 | 14×15 | 45×47 | 9 |
4 | 5 | 中心开坑 | 29×42 | 46×47 | 7 |
速度 | 撞击速度/(m·s-1) | 提高率/% | |
---|---|---|---|
234 | 312 | 33.3 | |
平均径向扩展速度/(m·s-1) | 17.2 | 30.7 | 78.5 |
平均轴向扩展速度/(m·s-1) | 73.2 | 122.4 | 67.2 |
表4 碎片云轮廓扩展情况
Table 4 Expansion of debris cloud profile
速度 | 撞击速度/(m·s-1) | 提高率/% | |
---|---|---|---|
234 | 312 | 33.3 | |
平均径向扩展速度/(m·s-1) | 17.2 | 30.7 | 78.5 |
平均轴向扩展速度/(m·s-1) | 73.2 | 122.4 | 67.2 |
撞击速度/(m·s-1) | 超压/MPa | 化学能释能量/J | 化学能释放率/% |
---|---|---|---|
715 | 0.05 | 3375 | 19.58 |
910 | 0.12 | 8100 | 46.99 |
1108 | 0.16 | 10800 | 62.65 |
1302 | 0.19 | 12825 | 74.40 |
1516 | 0.20 | 13500 | 78.32 |
表5 不同撞击速度下活性弹丸化学能释放情况
Table 5 Chemical energy release of reactive projectile at different impact velocities
撞击速度/(m·s-1) | 超压/MPa | 化学能释能量/J | 化学能释放率/% |
---|---|---|---|
715 | 0.05 | 3375 | 19.58 |
910 | 0.12 | 8100 | 46.99 |
1108 | 0.16 | 10800 | 62.65 |
1302 | 0.19 | 12825 | 74.40 |
1516 | 0.20 | 13500 | 78.32 |
图13 不同撞击速度下陶瓷锥速度、陶瓷碎片飞散速度及陶瓷锥质量变化情况
Fig.13 Changes in the mass and velocity of ceramic cone and the dispersion velocity of ceramic debris at different impacting velocities
序 号 | 速度/ (m·s-1) | 平均径向扩展速度/ (m·s-1) | 平均轴向扩展速度/ (m·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
理论值 | 实验值 | 误差/% | 理论值 | 实验值 | 误差/% | ||
1 | 234 | 18.0 | 17.2 | 4.7 | 79.4 | 73.2 | 8.5 |
2 | 312 | 32.8 | 30.7 | 6.8 | 134.4 | 122.4 | 9.8 |
表6 碎片云扩展理论与实验对照情况
Table 6 Comparison between theoretical and experimental debris cloud expansions
序 号 | 速度/ (m·s-1) | 平均径向扩展速度/ (m·s-1) | 平均轴向扩展速度/ (m·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
理论值 | 实验值 | 误差/% | 理论值 | 实验值 | 误差/% | ||
1 | 234 | 18.0 | 17.2 | 4.7 | 79.4 | 73.2 | 8.5 |
2 | 312 | 32.8 | 30.7 | 6.8 | 134.4 | 122.4 | 9.8 |
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