动能弹斜侵彻混凝土靶体的实验及数值模拟研究

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弹丸高速飞行时,由于初始偏航角的存在,重力和空气阻力的不对称作用以及击靶姿态的不稳定会产生误差,不可避免地形成斜着靶而导致斜侵彻状态发生,大大增加了侵彻问题的分析难度。通过实验和数值模拟相结合方式,研究弹丸斜侵彻靶体过程中弹丸速度、侵彻角等对侵彻效应的影响关系,有助于对侵彻问题的深入研究。   论文从理论上详细叙述了弹丸侵彻混凝土的运动特点、混凝土的破坏特征,介绍了实验的具体方案,阐述了弹丸斜侵彻混凝土的具体实验方法,解决了在一级轻气炮上使用高速摄影机的防护问题,验证了此实验方法用于一级轻气炮拍摄侵彻问题的可靠性;   通过高速照片,观察到了弹丸从接触到侵入靶体的全部过程,清楚地展示了弹丸的飞行姿态和混凝土靶体的破坏状态等,并且对实验后混凝土的破坏状态(包括成坑直径、成坑深度等)进行了客观的评估,得到了关于弹丸速度、侵彻角对混凝土破坏效应影响的关系。分析发现,弹丸速度相同时,随着弹丸侵彻角度的增加,弹丸对混凝土的侵彻深度呈现减小趋势,混凝土的成坑直径也呈减小趋势;同一侵彻角度下,弹丸的速度越大,侵彻深度越大。   作为对实验研究的补充,进行了有限元数值模拟,通过对比模拟结果与实验结果,验证了数值模拟的可靠性,获取了一些关于速度、加速度的时程关系。并且通过增加数值模拟次数,得到了在本次实验平均速度下的弹丸跳弹特征。对比模拟结果发现,侵彻初期弹丸受到的反作用力不大,弹丸速度降低率较小,然后弹丸的负加速度快速增大,弹丸速度骤减;随着速度的降低,最后弹丸负加速度逐渐变小,弹丸速度降低率变缓。
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