Acta Armamentarii ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 731-743.doi: 10.12382/bgxb.2022.0793
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PEI Guiyan1,2, NIE Jianxin1,*(), WANG Qiushi3, JIAO Qingjie1, DU Zhipeng2, LI Ying1
Received:
2022-09-08
Online:
2022-12-21
Contact:
NIE Jianxin
CLC Number:
PEI Guiyan, NIE Jianxin, WANG Qiushi, JIAO Qingjie, DU Zhipeng, LI Ying. Study on Oblique Penetration of Metal Plate by Naval Gun Semi-armor-piercing Simulation Projectile[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(3): 731-743.
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工况 | 实验 序号 | 材料 | 靶板 厚度/mm | 靶板 倾角/ (°) | 预计着靶速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | E36 | 12 | 60 | 385 |
2 | E36 | 12 | 60 | 385 | |
2 | 3 | E36 | 12 | 45 | 385 |
4 | E36 | 12 | 45 | 385 | |
3 | 5 | E36 | 12 | 45 | 500 |
6 | E36 | 12 | 45 | 500 |
Table 1 Experiment condition
工况 | 实验 序号 | 材料 | 靶板 厚度/mm | 靶板 倾角/ (°) | 预计着靶速度/ (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | E36 | 12 | 60 | 385 |
2 | E36 | 12 | 60 | 385 | |
2 | 3 | E36 | 12 | 45 | 385 |
4 | E36 | 12 | 45 | 385 | |
3 | 5 | E36 | 12 | 45 | 500 |
6 | E36 | 12 | 45 | 500 |
实验 序号 | 高速摄像系统 测得弹丸 着靶速度/ (m·s-1) | 靶前通断靶 测得弹丸 着靶速度/ (m·s-1) | 两种测试 方法着靶 速度平均值/ (m·s-1) | 两种测试 方法着靶速度 相对差/% | 高速摄像系统 测得弹丸 靶后速度/ (m·s-1) | 靶后通断靶 测得弹丸 靶后速度/ (m·s-1) | 两种测试 方法靶后速度 平均值/ (m·s-1) | 两种测试 方法靶后 速度相对 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 387 | 389.00 | 388.00 | -0.51 | 377 | 359.82 | 368.41 | 4.56 |
2 | 393 | 389.90 | 391.45 | 0.79 | 363 | 383.32 | 373.16 | -5.60 |
3 | 384 | 378.38 | 381.19 | 1.46 | 357 | — | 357.00 | — |
4 | 393 | 387.86 | 390.43 | 1.31 | 370 | 312.81 | 341.41 | 15.46 |
5 | 500 | 499.70 | 499.85 | 0.06 | 444 | 472.40 | 458.20 | -6.39 |
6 | 505 | 502.04 | 503.52 | 0.59 | 487 | 460.90 | 473.95 | 5.36 |
Table 2 Experimental results of projectile velocity
实验 序号 | 高速摄像系统 测得弹丸 着靶速度/ (m·s-1) | 靶前通断靶 测得弹丸 着靶速度/ (m·s-1) | 两种测试 方法着靶 速度平均值/ (m·s-1) | 两种测试 方法着靶速度 相对差/% | 高速摄像系统 测得弹丸 靶后速度/ (m·s-1) | 靶后通断靶 测得弹丸 靶后速度/ (m·s-1) | 两种测试 方法靶后速度 平均值/ (m·s-1) | 两种测试 方法靶后 速度相对 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 387 | 389.00 | 388.00 | -0.51 | 377 | 359.82 | 368.41 | 4.56 |
2 | 393 | 389.90 | 391.45 | 0.79 | 363 | 383.32 | 373.16 | -5.60 |
3 | 384 | 378.38 | 381.19 | 1.46 | 357 | — | 357.00 | — |
4 | 393 | 387.86 | 390.43 | 1.31 | 370 | 312.81 | 341.41 | 15.46 |
5 | 500 | 499.70 | 499.85 | 0.06 | 444 | 472.40 | 458.20 | -6.39 |
6 | 505 | 502.04 | 503.52 | 0.59 | 487 | 460.90 | 473.95 | 5.36 |
实验 序号 | 破口尺寸 (A靶×B靶)/ (mm×mm) | 破口 面积/ cm2 | 平均破 口面积/ cm2 | 有无 撕裂 |
---|---|---|---|---|
1 | 174.56×145.30 | 253.63 | 230.62 | 无撕裂 |
2 | 140.85×147.40 | 207.61 | 无撕裂 | |
3 | 147.64×155.10 | 228.99 | 242.99 | 无撕裂 |
4 | 147.35×174.41 | 256.99 | 无撕裂 | |
5 | 151.87×182.44 | 277.07 | 249.20 | 无撕裂 |
6 | 136.69×161.92 | 221.33 | 无撕裂 |
Table 3 Breach size
实验 序号 | 破口尺寸 (A靶×B靶)/ (mm×mm) | 破口 面积/ cm2 | 平均破 口面积/ cm2 | 有无 撕裂 |
---|---|---|---|---|
1 | 174.56×145.30 | 253.63 | 230.62 | 无撕裂 |
2 | 140.85×147.40 | 207.61 | 无撕裂 | |
3 | 147.64×155.10 | 228.99 | 242.99 | 无撕裂 |
4 | 147.35×174.41 | 256.99 | 无撕裂 | |
5 | 151.87×182.44 | 277.07 | 249.20 | 无撕裂 |
6 | 136.69×161.92 | 221.33 | 无撕裂 |
弹性常数与密度 | 屈服应力和应变硬化参数 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E/GPa | Pr | ρ/(kg·m-3) | A/MPa | B/MPa | n | C | m | |||
200 | 0.33 | 7850 | 550 | 101 | 0.08 | 0.1 | 0.55 | |||
断裂应变常数 | ||||||||||
D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | ||||||
0.3 | 0.9 | 2.8 | -0.0123 | 0 |
Table 4 Johnson-Cook model parameters of 30CrMnSiA[17]
弹性常数与密度 | 屈服应力和应变硬化参数 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E/GPa | Pr | ρ/(kg·m-3) | A/MPa | B/MPa | n | C | m | |||
200 | 0.33 | 7850 | 550 | 101 | 0.08 | 0.1 | 0.55 | |||
断裂应变常数 | ||||||||||
D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | ||||||
0.3 | 0.9 | 2.8 | -0.0123 | 0 |
弹性常数与密度 | 屈服应力和应变硬化参数 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E/GPa | Pr | ρ/(kg·m-3) | A/MPa | B/MPa | n | C | m | ||||
200 | 0.33 | 7850 | 355 | 190 | 0.22 | 0.008 | 1.27 | ||||
断裂应变常数 | |||||||||||
D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |||||||
-0.8 | 2.1 | 0.5 | 0 | 0 |
Table 5 Johnson-Cook model parameters of E36[18]
弹性常数与密度 | 屈服应力和应变硬化参数 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
E/GPa | Pr | ρ/(kg·m-3) | A/MPa | B/MPa | n | C | m | ||||
200 | 0.33 | 7850 | 355 | 190 | 0.22 | 0.008 | 1.27 | ||||
断裂应变常数 | |||||||||||
D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | |||||||
-0.8 | 2.1 | 0.5 | 0 | 0 |
工况 | 靶板厚 度/mm | 靶板倾 角/(°) | v1/ (m·s-1) | v2/ (m·s-1) | v3/ (m·s-1) | 相对 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 12 | 60 | 390 | 361 | 371 | -2.7 |
2 | 12 | 45 | 386 | 358 | 349 | 2.6 |
3 | 12 | 45 | 502 | 476 | 466 | 2.1 |
Table 6 Simulated results of penetration of plate by semi-armor-piercing simulation projectile
工况 | 靶板厚 度/mm | 靶板倾 角/(°) | v1/ (m·s-1) | v2/ (m·s-1) | v3/ (m·s-1) | 相对 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 12 | 60 | 390 | 361 | 371 | -2.7 |
2 | 12 | 45 | 386 | 358 | 349 | 2.6 |
3 | 12 | 45 | 502 | 476 | 466 | 2.1 |
工况 | 实验平均 破口面积/ cm2 | 仿真破口尺寸 (A靶×B靶)/ mm | 仿真破口 面积/cm2 | 相对 差/% |
---|---|---|---|---|
1 | 230.62 | 140.7×130.6 | 183.75 | 20.30 |
2 | 242.99 | 152.9×130.4 | 199.38 | 17.94 |
3 | 249.2 | 149.1×129.2 | 192.64 | 22.70 |
Table 7 Comparison of breach sizes
工况 | 实验平均 破口面积/ cm2 | 仿真破口尺寸 (A靶×B靶)/ mm | 仿真破口 面积/cm2 | 相对 差/% |
---|---|---|---|---|
1 | 230.62 | 140.7×130.6 | 183.75 | 20.30 |
2 | 242.99 | 152.9×130.4 | 199.38 | 17.94 |
3 | 249.2 | 149.1×129.2 | 192.64 | 22.70 |
材料 | 参数 | ||||
---|---|---|---|---|---|
c11 | |||||
镁 | 6.904 | 1.092 | -1.170 | 1.050 | -0.087 |
铝合金2024T-3 | 7.047 | 1.029 | -1.072 | 1.251 | -0.139 |
铸铁 | 4.840 | 1.042 | -1.051 | 1.028 | 0.523 |
表面硬化钢 | 4.356 | 0.674 | -0.791 | 0.989 | 0.434 |
低碳均质钢 | 6.399 | 0.889 | -0.945 | 1.262 | 0.019 |
高强度均质钢 | 6.475 | 0.889 | -0.945 | 1.262 | 0.019 |
Table 9 c11-c15 coefficients of different target materials
材料 | 参数 | ||||
---|---|---|---|---|---|
c11 | |||||
镁 | 6.904 | 1.092 | -1.170 | 1.050 | -0.087 |
铝合金2024T-3 | 7.047 | 1.029 | -1.072 | 1.251 | -0.139 |
铸铁 | 4.840 | 1.042 | -1.051 | 1.028 | 0.523 |
表面硬化钢 | 4.356 | 0.674 | -0.791 | 0.989 | 0.434 |
低碳均质钢 | 6.399 | 0.889 | -0.945 | 1.262 | 0.019 |
高强度均质钢 | 6.475 | 0.889 | -0.945 | 1.262 | 0.019 |
序号 | 贝尔金公式 计算结果 | Thor公式 计算结果 | Poncelet公式 计算结果 | 实验测 量结果 | 仿真 结果 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 371.98 | 354.06 | 353.97 | 368.41 | 361 |
2 | 375.76 | 357.85 | 357.76 | 373.16 | |
3 | 360.96 | 338.45 | 338.32 | 357.00 | 358 |
4 | 369.45 | 346.93 | 346.81 | 341.41 | |
5 | 480.00 | 457.43 | 458.31 | 458.20 | 476 |
6 | 481.88 | 460.03 | 459.90 | 473.95 |
Table 10 Calculated, experimental and simulated result of residual velocity (m·s-1)
序号 | 贝尔金公式 计算结果 | Thor公式 计算结果 | Poncelet公式 计算结果 | 实验测 量结果 | 仿真 结果 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 371.98 | 354.06 | 353.97 | 368.41 | 361 |
2 | 375.76 | 357.85 | 357.76 | 373.16 | |
3 | 360.96 | 338.45 | 338.32 | 357.00 | 358 |
4 | 369.45 | 346.93 | 346.81 | 341.41 | |
5 | 480.00 | 457.43 | 458.31 | 458.20 | 476 |
6 | 481.88 | 460.03 | 459.90 | 473.95 |
序号 | Thor公式计算 结果/(m·s-1) | 实验结果/ (m·s-1) | 相对差/% |
---|---|---|---|
1 | 367.58 | 368.41 | -0.23 |
2 | 371.38 | 373.16 | -0.48 |
3 | 355.93 | 357.00 | -0.30 |
4 | 364.42 | 341.41 | 6.74 |
5 | 475.05 | 458.20 | 3.68 |
6 | 477.65 | 473.95 | 0.78 |
Table 11 Calibrated Thor formula results and experimental data of residual velocity
序号 | Thor公式计算 结果/(m·s-1) | 实验结果/ (m·s-1) | 相对差/% |
---|---|---|---|
1 | 367.58 | 368.41 | -0.23 |
2 | 371.38 | 373.16 | -0.48 |
3 | 355.93 | 357.00 | -0.30 |
4 | 364.42 | 341.41 | 6.74 |
5 | 475.05 | 458.20 | 3.68 |
6 | 477.65 | 473.95 | 0.78 |
着靶 速度/ (m·s-1) | 45°倾角 | 60°倾角 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
Thor公式 计算结果/ (m·s-1) | 仿真 结果/ (m·s-1) | 相对 差/% | Thor公式 计算结果/ (m·s-1) | 仿真 结果/ (m·s-1) | 相对 差/% | |
300 | 276.18 | 279 | -1.01 | 281.53 | 283 | -0.51 |
350 | 326.14 | 329 | -0.87 | 331.50 | 333 | -0.45 |
450 | 426.07 | 428 | -0.45 | 431.44 | 433 | -0.36 |
500 | 476.04 | 478 | -0.41 | 481.42 | 483 | -0.33 |
Table 12 Calibrated Thor formula results and simulation data of residual velocity
着靶 速度/ (m·s-1) | 45°倾角 | 60°倾角 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
Thor公式 计算结果/ (m·s-1) | 仿真 结果/ (m·s-1) | 相对 差/% | Thor公式 计算结果/ (m·s-1) | 仿真 结果/ (m·s-1) | 相对 差/% | |
300 | 276.18 | 279 | -1.01 | 281.53 | 283 | -0.51 |
350 | 326.14 | 329 | -0.87 | 331.50 | 333 | -0.45 |
450 | 426.07 | 428 | -0.45 | 431.44 | 433 | -0.36 |
500 | 476.04 | 478 | -0.41 | 481.42 | 483 | -0.33 |
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Abstract |
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