高速飞行杆对钢板的侵彻研究仿真(3)
时间:2017-04-15 21:15 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
随着实验手段的不断完善、实验设备不断的更新，人们不再局限于宏观的实验研究，而是逐步向微观实验方向发展，如Bao.G等人对侵彻体育把相互作用的微观力学实验，建立了侵彻体/靶的微观力学模型。 还用学者对参与弹体和靶板上的弹坑进行细观观察，分析它们的内部晶粒变形、裂纹和穿甲弹侵彻薄靶板是绝热剪切带的形成和分布、金属的相变及热现象等等，力图从材料的细观结构解释侵彻过程中的各种物理现象，如Rosakis曾用光弹法和高速摄影相结合的方法观察到裂纹传播速度超过剪切波这一奇特现象；国内魏志刚等用分离式霍普金森压杆装置对预扭转斜圆柱试件进行冲击，然后通过镜像显微镜观察材料细观结构的变化。当然，在本论文中我们不涉及微观方面的内容。 1.2.2 理论分析 研究穿甲问题时，不可避免地要使用全部的连续介质物理方程，其中最复杂的常常是材料的本构方程。这些方程往往是非线性的，其用分析方法积分求解几乎是不可能的。人们往往集中研究某一现象（例如：挤凿、层裂、花瓣形破坏、弹坑形成等），针对这种现象的特点引入简化假定，从而把微分方程化为一文或二文的，以便求解。在这种分析中，经常把弹体或靶体当作是刚性的，运用动量守恒或能量守恒定律，甚或两者都用。只是很少的论文，采用弹体或靶体都能变形的假设。再者，几乎所有分析都采用了一些附加的经验结论，或采用一些尚待测点的物质材料参量。 Bethe可能是第一个想从理论分析上来研究研究侵彻问题的人，但他只对侵彻问题进行了静态分析；Taylor随后对他的理论进行了改进，导出了靶上扩孔所需的能量和弹丸半径的关系，Taylor的分析模型是基于静态考虑而未包括惯性效应；后来的其他研究者又对他的理论作了进一步的推广来考虑惯性效应。 空腔膨胀理论是Goodier首先提出来的，并应用在刚性弹的穿甲问题上。空腔膨胀理论主要是根据一文球形空腔膨胀过程中弹塑性波的传播和介质压缩的解析结果，来获得阻力与空腔膨胀速度的关系，这一理论的计算结果，能很好的吻合各种形状的刚性弹对韧性材料的侵彻试验，甚至在长杆弹的破碎侵彻中也能得到应用。 在国内，孙更辰等提出的侵彻模型，推广使用了Goodier的空腔膨胀理论，它将弹板材料对弹丸的侵彻抗力分解为静抗力和动抗力两部分，使弹体的运动直接与靶板的反作用相联系，比较成功地解决了长杆弹垂直侵彻半无限厚靶和有限厚靶，使破碎侵彻的理论工作又推进了一步；另外，王仁等提出的穿甲三阶段模型考虑了长杆弹对弹塑性板开坑、侵彻和冲塞情况，根据弹体的速度范围确定杆弹为弹性变形、塑性变形和破碎阶段。 1.2.3 数值模拟研究 侵彻问题属于高速冲击动力学的研究范畴，其过程具有高速、高温、高压的基本特征。因为加载速率高、变形和速度大、接触物体间的侵彻贯入作用，在高速碰撞过程中材料呈现的应变率即绝热温升效应，甚至可能发生相变。 通过数值模拟可以获得穿甲弹侵彻过程的具体图像，得到侵彻中各个物理量变化关系。数值模拟是在空间网络和离散时间上求出所有控制方程的解。这些方程中包括连续方程、能量方程、动量方程、本构方程等，加上特定的边界条件和初始条件，然后在计算机上编制程序来实现。数值模拟不但可以提供足够多的数据理论分析使用，还可以方便的开展不同初始边界条件、不同材料、不同弹形的穿甲弹和靶板的仿真计算，逼真地再现侵彻贯穿的整个过程。因此数值模拟方法在近20年来迅速成为研究穿甲过程问题的一种行之有效的手段，近年来国内在这方面也开张了大量的工作，收获颇丰。中国科学技术大学的魏志刚、许瑞淮等在预扭转钨合金动能弹的穿甲威力数值模拟方面，张刚明的细长弹对混凝土的斜侵彻的工程分析方面都分别作了很多工作；南京理工大学的李国家、吴大林、张运法、王芳等在小口径穿甲爆破弹的穿甲威力数值模拟研究方面成绩斐然；北京理工大学的曹德清对动能侵彻弹垂直侵彻土壤混凝土复合介质作了深入的研究；西北工业大学的张克实、张光等对于正交各向异性弹塑性材料的有限元计算方法作了深入的探讨；解放军理工大学的龚自明对钢制长杆弹斜侵彻中厚靶的数值模拟研究与试验也很吻合，这些课题的展开极大的加速了穿甲弹的数值模拟研究。 (责任编辑：qin) |