【摘要】：彈丸對(duì)金屬靶板的穿甲/侵徹研究,涉及到彈丸和靶板幾何非線性、材料非線性和邊界非線性等問(wèn)題,是力學(xué)、材料學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等學(xué)科中具有極其挑戰(zhàn)性性的課題,受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文針對(duì)具有不同幾何構(gòu)型剛性彈丸對(duì)金屬靶板的侵徹/穿甲效應(yīng),結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)理論和數(shù)值模擬相結(jié)合,重點(diǎn)研究了舌形彈丸穿甲有限厚度的彈-塑性金屬靶板的終點(diǎn)效應(yīng)。本文主要工作如下:(1)舌形彈丸侵徹金屬靶板的的理論理論論分析分析剛性彈丸對(duì)有限厚度金屬靶板的穿甲機(jī)理研究。假設(shè)彈材為剛性材料,靶材為彈-塑性材料,并服從J2流動(dòng)理論及不可貫穿條件,引入速度場(chǎng)函數(shù),使彈丸運(yùn)動(dòng)精確的滿足連續(xù)性方程和動(dòng)量平衡方程。靶體區(qū)域劃分為位于彈頭前端應(yīng)變較小的彈性區(qū)域,以及位于彈頭周圍應(yīng)變相當(dāng)大的剛-塑性區(qū)域。應(yīng)用速度場(chǎng)函數(shù),精確求解靶體彈性部分及剛-塑性部分的動(dòng)量平衡方程,進(jìn)而得到彈丸表面的壓力場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)函數(shù)。模型中,近似考慮靶體前表面、靶體后表面和彈-靶分離線對(duì)穿甲效應(yīng)的影響,分析計(jì)算得到作用在彈丸表面的壓力表達(dá)式,通過(guò)求解彈丸運(yùn)動(dòng)方程得到其數(shù)值解。同時(shí),通過(guò)合理的簡(jiǎn)化,得到了求解彈丸穿甲深度及剩余速度的分析表達(dá)式,并進(jìn)一步得到了彈道極限方程。(2)不同幾何構(gòu)型彈丸穿甲甲的數(shù)值模擬研究的數(shù)值模擬研究本文采用Ls-dyna進(jìn)行數(shù)值模擬分析,構(gòu)建了不同幾何構(gòu)型彈丸穿甲金屬靶板的有限元模型,研究了平頭、球形及錐形三種彈丸穿甲有限厚度金屬靶板(薄板和厚板)的穿甲效應(yīng)。采用John-Cook模型,得到了穿透能量、彈丸殘余速度和彈道極限等一系列結(jié)果,并與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了計(jì)算模型的可靠性。(3)舌形彈丸穿甲模型的分析與驗(yàn)證本文主要研究舌形彈丸的穿甲機(jī)理,在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合Yarin的近似流場(chǎng)分析模型,從流體力學(xué)基本方程出發(fā),引入速度勢(shì)函數(shù)來(lái)構(gòu)建靶體區(qū)域速度場(chǎng)分布,進(jìn)而獲得舌形彈丸穿甲過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程。進(jìn)一步研究其侵徹機(jī)制,得到了侵徹深度表達(dá)式以及初始速度和殘余速度的關(guān)系式。同時(shí)采用Ls-dyna進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并與理論模型驗(yàn)證。最后,研究了不同舌形張角,長(zhǎng)徑比等因素對(duì)穿甲效果的影響。舌形彈頭在侵徹中厚靶上比其它幾何構(gòu)型彈頭有更高的侵徹效率,特別的,對(duì)于高速撞擊時(shí),舌形彈頭侵徹厚靶所對(duì)應(yīng)的靶板材料動(dòng)態(tài)失效上有明顯的增加趨勢(shì)。在相同初始條件的撞擊情況下,適當(dāng)降低舌形彈丸的張角,可以獲得更高的侵徹深度。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TJ410
【圖文】：

20圖 2-3 舌形彈丸穿甲金屬靶板過(guò)程示意圖表達(dá)式( ) ( ) ( )2F = A w, w w + B w, w w +C w, w ( )( )( )( )434322212 2222 21 tan, 2 ln2tan1 tan1 1 2, 221 tanXXXX w w bh fX XX w w bh f dXX Xθρθθρθ = + = + ∫∫

323-3 40mm圖 3-3 給出了舌形彈頭彈丸和 Rankine 卵形彈頭彈丸侵徹 40mm 厚度靶板過(guò)所受侵徹阻力隨穿甲深度的變化曲線，其中，彈頭和彈身分別是 5mm 和 25

3-5圖 3-5 給出了兩種構(gòu)型彈丸初始撞擊速度對(duì)剩余速度的關(guān)系曲線。彈丸質(zhì)量相彈丸的長(zhǎng)度尺寸和靶板厚度（25.4mm），從圖形中可以清晰的看出，對(duì)于彈丸問(wèn)題，彈頭構(gòu)型形狀對(duì)剩余速度的影響并不明顯。然而，對(duì)于初始撞擊速度較問(wèn)題，彈丸長(zhǎng)度尺寸較大時(shí)，舌形彈丸（藍(lán)線）所對(duì)應(yīng)的剩余速度明顯要低于，這是由于穿甲過(guò)程中，靶板作用在舌形彈丸表面的阻力要更大，而作用在卵的阻力相對(duì)要�。t線），故剩余速度的影響相對(duì)要低。采用前面推導(dǎo)的理論模型，分別計(jì)算了舌形彈丸穿甲不同厚度（H=15，20 和5083-H116 鋁靶下，得到了彈丸穿透靶板后剩余速度與初始撞擊速度之間的關(guān)系果與 Borvik 等[51]對(duì)錐形彈丸穿甲同樣厚度 AA5083-H116 鋁靶相比較，如圖 3可以看出，在靶板厚度 H=15mm 時(shí)，兩種構(gòu)型彈丸穿透靶板后的剩余速度相差隨著靶板厚度 H 的增加，同條件下的舌形彈丸穿透鋁靶后的剩余速度要高于錐

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2775853