【摘 要】
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超高速动能弹对地介质具有强大的毁伤能力,超高速侵彻已经成为当今军事领域备受关注的热点问题,相关研究具有重要的军事和民用价值。受制于试验设备和技术条件,侵彻研究大多集中于中、高速,公开发表的超高速侵彻文献较少。基于此,本文进行了钨合金长杆弹在超高速状态下（1.6～3.85 km/s）垂直正侵彻花岗岩靶试验,研究了侵彻深度、靶体成坑、靶体损伤与弹体速度之间的关系,并利用LS-DYNA有限元软件进行了数
【基金项目】
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国防“973”重大项目（D613312）； 国家自然科学基金青年项目（11802248）；
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超高速动能弹对地介质具有强大的毁伤能力,超高速侵彻已经成为当今军事领域备受关注的热点问题,相关研究具有重要的军事和民用价值。受制于试验设备和技术条件,侵彻研究大多集中于中、高速,公开发表的超高速侵彻文献较少。基于此,本文进行了钨合金长杆弹在超高速状态下（1.6～3.85 km/s）垂直正侵彻花岗岩靶试验,研究了侵彻深度、靶体成坑、靶体损伤与弹体速度之间的关系,并利用LS-DYNA有限元软件进行了数值模拟研究。主要内容和成果如下:1.根据国家规范要求制作了标准花岗岩试件,开展了花岗岩单轴抗压强度、单轴压缩、超声波等试验,获得了花岗岩的密度、单轴抗压强度、弹性模量、纵波波速等基本参数,为后续超高速侵彻试验设计和数值模拟提供了参考和依据。2.基于φ57 mm二级轻气炮进行了长径比为10:1的钨合金长杆弹超高速垂直侵彻花岗岩靶试验,研究了不同弹速下花岗岩侵彻深度、弹坑最大直径以及宏观损伤规律。试验表明,侵彻深度随着弹速呈现出“三段式”规律,在2.32 km/s时发生了侵彻逆减现象;花岗岩靶呈现出两种成坑模式,靶裂纹长度和数量均随弹速的增加而增加;花岗岩由于拉压强度不同导致靶面放射性裂纹和弹坑。3.应用LS-DYNA商用有限元软件,基于新型FEM-SPH自适应耦合算法进行数值模拟,研究了不同弹速侵彻下的损伤和应力波传播规律。结果表明弹速越大,动能下降越快,靶的质量损失率越高,弹体完全侵蚀时间越短;应力波为球形传播,应力波强度随侵彻时间增长而逐渐衰减,距靶顶的距离越大,应力波形越平缓、脉宽越大,且不同弹速下初始应力波强度呈现出指数增加规律。4.基于数值仿真方法研究了弹体长径比、密度、带攻角弹体以及靶边界条件、复合花岗岩靶对其侵彻过程的影响。研究发现增大弹体长径比会提高弹体侵彻能力,但降低了侵彻效率;弹体密度的增加提高了侵彻能力,弹体完全侵蚀时间变长,靶子质量损失更大;带攻角侵彻条件下靶体会产生“卧形弹坑”,随着攻角增大,侵彻深度减小,靶质量损失符合二次多项式函数递减规律,随着攻角增大,弹体动能下降更快,完全侵蚀时间变短;靶体损伤对边界条件比较敏感,反射边界会产生卸载效应,能减少较粗和较长裂纹的产生,底部为反射边界时最为明显;随着防护层的增大,花岗岩靶损伤面积减小,靶输入动能、侵彻深度和弹坑直径均减小。
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