爆炸破片在液艙中的速度衰減特性研究
發(fā)布時間：2021-01-08 17:10
開展了不同長徑比平頭破片高速入水速度衰減特性的研究,推導(dǎo)了速度衰減公式,確定了阻力系數(shù)為影響速度衰減的關(guān)鍵因素。驗證了數(shù)值仿真方法在超空泡條件下速度衰減準確性,開展不同長徑比、不同速度破片入水的數(shù)值計算,分析不同速度下的衰減規(guī)律,得到了不同階段的阻力系數(shù)公式。結(jié)論為:（1）破片高速入水時速度衰減主要取決于速度衰減系數(shù)和阻力衰減系數(shù),同一破片在入水過程的速度衰減系數(shù)可近似為一常數(shù);（2）速度衰減系數(shù)隨初速度不同有一定變化,在次聲速階段為常數(shù),在近聲速階段上升較快,在超聲速階段略有下降;（3）影響破片速度衰減的主要因素是迎流面積和頭型系數(shù)。
【文章來源】：中國造船. 2016,57(01)北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
模型示意圖
130中國造船學(xué)術(shù)論文2.2材料模型及參數(shù)對于水介質(zhì)使用Shock狀態(tài)方程描述材料的基本特性，該方程基于Hugoniot關(guān)系建立，表示為11pUCSU，其中U為沖擊速度，pU為粒子速度。方程中的參數(shù)如表2所示。表2水的shock狀態(tài)方程參數(shù)/(g/cm3)C1S1數(shù)值1.00.281.483×1031.75彈體材料選用Steel4340，并采用考慮應(yīng)變強化、溫度軟化和應(yīng)變率強化的J-C本構(gòu)模型[9]，損傷準則采用計及應(yīng)力三軸度、應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的延性損傷準則[10]，具體參數(shù)如表3所示。表3Steel4340材料參數(shù)參數(shù)A/MPaB/MPaCnMD1數(shù)值7707920.0140.261.030.05參數(shù)D2D3D4D5Tm/k數(shù)值3.44-2.120.002-0.6117933計算結(jié)果與分析3.1計算方法的驗證為了驗證數(shù)值方法的有效性，對文獻[11]中開展的試驗應(yīng)用AUTODYN進行了數(shù)值模擬。在試驗中，偵用輕氣炮發(fā)射直徑為12.65mm，長為25.4mm的圓柱形平頭彈體，初始入水速度0v為603m/s。如圖2所示，數(shù)值模擬與實驗的空穴尺寸吻合較好。(a)試驗t=0.2222ms(b)計算t=0.2201ms(c)試驗t=0.4444ms(d)計算t=0.4402ms圖2彈體入水過程中的空穴對相同的圓柱形彈體（直徑12.65mm，長為25.4mm），在入水速度分別為397m/s和603m/s的條件下，其速度和位移的試驗和數(shù)值仿真的對比如圖3所示。直徑12.65mm，長為38.1mm的彈體，在入水速度分別為414m/s和498m/s，其速度和位移的試驗和數(shù)值仿真的對比如圖4所示。結(jié)果表明，數(shù)值仿真與試驗值誤差較小，可以運用數(shù)值仿真方法對高速破片入水問題進行分析。
57卷第1期（總第217期）李營，等：爆炸破片在液艙中的速度衰減特性研究131圖3長度為25.4mm的平頭圓柱體彈在兩種速度下的實驗和仿真對比圖4長度為38.1mm的平頭圓柱體彈在兩種不同速度下的實驗和仿真對比3.2速度衰減特性分析直徑為10mm，長為20mm的圓柱形破片在600~2400m/s的速度區(qū)間內(nèi)的速度衰減如圖5所示。在較低速度區(qū)間（<1000m/s）內(nèi)，衰減規(guī)律較為一致；隨著入水速度的增大，衰減更加劇烈，初速度2400m/s的破片在水中運動了300mm左右的距離后其速度僅為200m/s左右，甚至低于初速度600m/s破片運行同樣距離后的速度。從速度衰減比來看，低于水中聲速（1400m/s）的破片速衰減比度趨于一致，高于聲速的破片速度衰減比明顯增大，如圖6所示。圖5速度隨距離衰減的規(guī)律（長徑比2）圖6速度衰減比的變化（長徑比2）直徑為20mm，長為10mm的圓柱形破片在600~2400m/s的速度區(qū)間內(nèi)的速度衰減特性如圖7所
【參考文獻】：
期刊論文
[1]艦船防護液艙吸收爆炸破片的機理[J]. 李營,吳衛(wèi)國,鄭元洲,李曉彬,張瑋. 中國造船. 2015(02)
[2]伴隨超空泡產(chǎn)生的高速細長體入水實驗研究[J]. 施紅輝,周浩磊,吳巖,賈會霞,張曉萍,周素云,章利特,董若凌,王超. 力學(xué)學(xué)報. 2012(01)
[3]彈體高速入水特性實驗研究[J]. 張偉,郭子濤,肖新科,王聰. 爆炸與沖擊. 2011(06)
[4]高速破片侵徹防護液艙試驗研究[J]. 沈曉樂,朱錫,侯海量,陳長海. 中國艦船研究. 2011(03)
[5]旋轉(zhuǎn)彈丸入水侵徹規(guī)律[J]. 顧建農(nóng),張志宏,范武杰. 爆炸與沖擊. 2005(04)
本文編號：2964980
【文章來源】：中國造船. 2016,57(01)北大核心
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
模型示意圖
130中國造船學(xué)術(shù)論文2.2材料模型及參數(shù)對于水介質(zhì)使用Shock狀態(tài)方程描述材料的基本特性，該方程基于Hugoniot關(guān)系建立，表示為11pUCSU，其中U為沖擊速度，pU為粒子速度。方程中的參數(shù)如表2所示。表2水的shock狀態(tài)方程參數(shù)/(g/cm3)C1S1數(shù)值1.00.281.483×1031.75彈體材料選用Steel4340，并采用考慮應(yīng)變強化、溫度軟化和應(yīng)變率強化的J-C本構(gòu)模型[9]，損傷準則采用計及應(yīng)力三軸度、應(yīng)變率和溫度效應(yīng)的延性損傷準則[10]，具體參數(shù)如表3所示。表3Steel4340材料參數(shù)參數(shù)A/MPaB/MPaCnMD1數(shù)值7707920.0140.261.030.05參數(shù)D2D3D4D5Tm/k數(shù)值3.44-2.120.002-0.6117933計算結(jié)果與分析3.1計算方法的驗證為了驗證數(shù)值方法的有效性，對文獻[11]中開展的試驗應(yīng)用AUTODYN進行了數(shù)值模擬。在試驗中，偵用輕氣炮發(fā)射直徑為12.65mm，長為25.4mm的圓柱形平頭彈體，初始入水速度0v為603m/s。如圖2所示，數(shù)值模擬與實驗的空穴尺寸吻合較好。(a)試驗t=0.2222ms(b)計算t=0.2201ms(c)試驗t=0.4444ms(d)計算t=0.4402ms圖2彈體入水過程中的空穴對相同的圓柱形彈體（直徑12.65mm，長為25.4mm），在入水速度分別為397m/s和603m/s的條件下，其速度和位移的試驗和數(shù)值仿真的對比如圖3所示。直徑12.65mm，長為38.1mm的彈體，在入水速度分別為414m/s和498m/s，其速度和位移的試驗和數(shù)值仿真的對比如圖4所示。結(jié)果表明，數(shù)值仿真與試驗值誤差較小，可以運用數(shù)值仿真方法對高速破片入水問題進行分析。
57卷第1期（總第217期）李營，等：爆炸破片在液艙中的速度衰減特性研究131圖3長度為25.4mm的平頭圓柱體彈在兩種速度下的實驗和仿真對比圖4長度為38.1mm的平頭圓柱體彈在兩種不同速度下的實驗和仿真對比3.2速度衰減特性分析直徑為10mm，長為20mm的圓柱形破片在600~2400m/s的速度區(qū)間內(nèi)的速度衰減如圖5所示。在較低速度區(qū)間（<1000m/s）內(nèi)，衰減規(guī)律較為一致；隨著入水速度的增大，衰減更加劇烈，初速度2400m/s的破片在水中運動了300mm左右的距離后其速度僅為200m/s左右，甚至低于初速度600m/s破片運行同樣距離后的速度。從速度衰減比來看，低于水中聲速（1400m/s）的破片速衰減比度趨于一致，高于聲速的破片速度衰減比明顯增大，如圖6所示。圖5速度隨距離衰減的規(guī)律（長徑比2）圖6速度衰減比的變化（長徑比2）直徑為20mm，長為10mm的圓柱形破片在600~2400m/s的速度區(qū)間內(nèi)的速度衰減特性如圖7所
【參考文獻】：
期刊論文
[1]艦船防護液艙吸收爆炸破片的機理[J]. 李營,吳衛(wèi)國,鄭元洲,李曉彬,張瑋. 中國造船. 2015(02)
[2]伴隨超空泡產(chǎn)生的高速細長體入水實驗研究[J]. 施紅輝,周浩磊,吳巖,賈會霞,張曉萍,周素云,章利特,董若凌,王超. 力學(xué)學(xué)報. 2012(01)
[3]彈體高速入水特性實驗研究[J]. 張偉,郭子濤,肖新科,王聰. 爆炸與沖擊. 2011(06)
[4]高速破片侵徹防護液艙試驗研究[J]. 沈曉樂,朱錫,侯海量,陳長海. 中國艦船研究. 2011(03)
[5]旋轉(zhuǎn)彈丸入水侵徹規(guī)律[J]. 顧建農(nóng),張志宏,范武杰. 爆炸與沖擊. 2005(04)
本文編號：2964980
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