【摘 要】
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Wf/Zr基非晶复合材料作为一种新型的穿甲工程材料,既有比钨合金更强的侵彻能力,又没有类似贫铀合金的放射性危害,成为穿甲弹研究领域的热门材料,而目前对于Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻机理及影响因素还没有系统性研究。为使Wf/Zr基非晶复合材料尽快在穿甲弹领域应用,文中采用理论分析、试验研究和有限元仿真等方法,分别研究了Zr基非晶合金基体变形模式、增强相钨丝直径、杆弹长径比等因素影响下Wf/Zr基
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Wf/Zr基非晶复合材料作为一种新型的穿甲工程材料,既有比钨合金更强的侵彻能力,又没有类似贫铀合金的放射性危害,成为穿甲弹研究领域的热门材料,而目前对于Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻机理及影响因素还没有系统性研究。为使Wf/Zr基非晶复合材料尽快在穿甲弹领域应用,文中采用理论分析、试验研究和有限元仿真等方法,分别研究了Zr基非晶合金基体变形模式、增强相钨丝直径、杆弹长径比等因素影响下Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻断裂模式及优化设计方案,得到了Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻机理,给出了具有高侵深和结构“自锐”特点的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹。本文主要研究内容包括以下几个方面:（1）Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在侵彻环境下的断裂模式为研究Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻机理,基于穿甲弹侵彻的Alekseevskii-Tate模型、冲击波理论及材料的状态方程,建立Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在不同速度下侵彻靶板的应变率和温升模型,计算出侵彻过程中Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻时的应变率和温度。基于钨丝和Zr基非晶合金基体在侵彻环境下的断裂模式,揭示Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在侵彻环境下存在绝热剪切断裂、塑性蘑菇头断裂及过渡断裂模式,最终建立Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在侵彻环境下的断裂模式模型。（2）钨丝直径对Wf/Zr基非晶复合材料动态压缩及侵彻行为影响为进一步研究含多尺度钨丝的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻机理,采用动态压缩试验、侵彻试验及细观分析,研究分别含有不同直径钨丝的Wf/Zr基非晶复合材料的动态压缩强度和断裂模式,进而分析钨丝直径不同的条件下Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻“自锐”机理及非理想侵彻原因。证明钨丝直径对Wf/Zr基非晶复合材料的强度和断裂模式无影响;而钨丝直径越小,Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻过程越稳定。最后通过动态屈曲理论和穿甲弹侵彻理论,分析出Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的绝热剪切式侵彻、塑性“蘑菇头”式侵彻、钨丝束侵彻三种侵彻模式,建立了侵彻模式模型,揭示Wf/Zr基非晶复合材料杆弹的侵彻机理。（3）Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在不同长径比下的侵彻行为为研究Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在不同长径比下的侵彻行为,设计了从1.11到18.33共5种不同长径比的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹。通过和相同条件的钨合金杆弹对比试验及有限元仿真分析,发现大长径比的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻过程包含稳定侵彻“自锐”阶段,相对于钨合金杆弹的侵彻增益较大;小长径比（<4）Wf/Zr基非晶复合材料杆弹不包含稳定侵彻“自锐”阶段且侵彻过程中容易发生劈裂,侵彻效率不如钨合金。最后通过对仿真结果和试验结果的拟合,得到了Wf/Zr基非晶复合材料杆弹对装甲钢的侵彻效率和长径比及着靶速度的关系。（4）Wf/Zr基非晶复合材料杆弹多结构优化及试验为使Wf/Zr基非晶复合材料杆弹获得更高的侵彻效率,分别对Wf/Zr基非晶复合材料杆弹进行结构优化和材料优化,设计了分段式结构和多组分的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹。试验研究发现,分段式结构的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹在小于1900m/s着靶速度获得了超过流体力学极限的侵彻效率;从内至外钨丝直径增加的多组分的Wf/Zr基非晶复合材料杆弹侵彻过程中出现结构“自锐”效应;均好于同等条件的钨合金杆弹。结构和材料的优化分别得到了具有高侵深和结构“自锐”Wf/Zr基非晶复合材料杆弹,为Wf/Zr基非晶复合材料杆弹提供更多的设计方法。
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