人类经过长期的知识积累,对穿甲效应有了基本的了解,并在日常运用的过程中不断分析解决穿甲过程所遇到的问题,总结宝贵的相关经验。十九世纪初,穿甲力学的科学基础基本形成,人们为研究穿甲效应,对穿甲力学进行科学试验。1978年Baclunan和Goldsmith[8]出版了弹体侵入靶体的穿甲力学综述,包含当时相关试验研究的主要工作。1984年钱伟长[9]出版的《穿甲力学》中总结了在此之前的国内外所有的相关研究成果,对薄板靶体的冲击和穿透进行了具体的阐述。并且归纳了有关穿甲问题主要的三种理论分析的方法:79832
(1)经验法或半分析法:运用量纲分析法和相关理论将大量的实验数据联系起来,再得出合理的代数方程表达出它们的关系。
(2)分析方法:研究穿甲力学时,必然要使用全部连续介质物理方程,材料的本构方程往往是这些方程中最复杂的。因为这些方程一般都是非线性的,所以基本不可能用分析法进行积分求解。因此人们通常大量研究某一种现象,抓住这种现象的特点引入简化假定,从而将微分方程简化为一维或二维的,以便求解。
(3)数值解法:为了求接触穿甲和撞击问题的所有结果,人们必须依靠数值解法求解本问题的全部连续介质物理方程。有限差分法和有限元法是目前最常见的方法。
肖红亮,时捷等人[10]专门发表了一篇“有限元模拟在研究弹丸冲击钢板过程中的应用”的文章综述了有限元模拟在研究弹丸冲击钢板过程中的应用,具体描述讲解了几何模型的建立、如何确定材料模型及参数、网格的划分一般规则和接触法则的定义类型。指出运用有限元软件可以定义不同弹丸和钢板材质、弹丸速度和几何形状、钢板倾斜和复合结构等各种影响抗弹性能的主要因素。同时,运用有限元软件进行仿真数值模拟的计算结果可以分析钢板和弹丸的破坏形状、应力应变分布、钢板的弹道极限、弹丸速度和加速度随时间的变化规律、钢板和弹丸的内能变化等,最后也提出了有限元软件模拟的相对局限性。论文网
在穿甲效应的理论研究的基础上,宋卫东等人[11]利用动量守恒定理研究了截卵型刚性弹体对加筋靶板的侵彻贯穿问题.提出了刚性弹体侵彻贯穿加筋靶板的力学模型,并运用限元软件进行仿真数值模拟得出的计算结果分析了加强筋的高度、宽度以及弹体初始冲击速度对弹体贯穿加筋靶板后剩余速度的影响。Goldsmith和Finnegan[12]进行了用150m/s-2700m/s速度的硬钢球垂直撞击铝和软钢板的一系列试验。研究发现当弹体的冲击速度大于弹道极限速度时,弹体穿甲后的速度降首先随初始速度的增加而减小到一个极小值,随后,再随初始速度的增加而增加,而当弹丸达到弹道极限速度左右时,靶板的盘形凹陷最大,然后再随速度的增加而减小。Levy和Goldsmith[13]进行了半球形弹丸对铝板的撞击试验,试验中研究了弹丸撞击铝板时产生的力、铝板的永久变形、应变以及塞块的细节。观察到铝板上形成塞块的轮廓时,环向裂纹比径向裂纹先出现,当撞击速度继续增加时,塞块就从靶板中分离出来。Goldsmith[14]研究了在各种形状弹体撞击下韧性金属薄板的失效机理,讨论了平头、球头和锥头形弹体以弹道极限速度左右的速度撞击铝合金和钢板时它们的失效机理。平头弹造成冲塞;半球形弹头使板变薄并且由于出现周向裂纹而造成球形杯状变形,随后出现径向裂纹;靶板在锥形弹冲击下产生径向起裂,形成了花瓣型失效。Palomhy和stronge[15]进行了弹体撞击1。6mm和2。6mm厚钢板的实验,利用在板上蚀刻的网格测量了其永久变形分布,实验表明当冲击速度接近弹道极限速度时,撞击区域的径向应变有一个急剧的增加,而由于断裂的原因环向应变只是微小增加。段卓平等[16]进行了利用实验弹在靶场垂直侵彻加筋靶和均质靶的试验,实验中的靶板结构是以美国“尼米兹”级航母的具体结构为依据进行制造,以俄罗斯“库茨涅佐夫”航母的龙骨、肋骨等加强筋的分布情况作为参考,依据几何相似、刚度等效的原则,制作出缩比的模拟等效靶。实验结果表明,加强筋对靶孔的最大塑性挠度有很明显的影响,在弹孔周围某点上,加强筋的刚度支撑作用越大,该点的塑性挠度就越小,所以,均质靶板的最大塑性挠度比结构靶的要大。靶孔周围的塑性变形梯度,与靶板的板筋联合刚度效应有关,联合刚度越大,靶孔周围的变形梯度越小。朱锡、张振中[17]以舰船轻型复合装甲防护为研究对象,研究了Kevlar纤维和S-玻璃纤维为增强材料的两组不同纤维状态和混杂模式的复合材料被弹丸冲击时的抗穿甲性能。得出了弹丸冲击侵彻各种不同混杂纤维复合材料靶板时靶板吸收能量的实验测试结果。张中国等[18]以舰船结构为研究对象,设计了带有加强筋的结构靶体,并用模拟装药弹体对单层和多层模拟结构靶进行了侵彻实验。根据实验结果,研究了加强筋对结构靶板的作用。同时通过分析研究弹体的形变程度和靶板的破坏模式,推算出了弹体冲击结构靶板的剩余速度计算公式。段卓平[19]以航母等大型舰船特有的筋板结构为研究对象,设计制作了缩比模拟加筋板,用实验弹进行靶场垂直侵彻加筋靶和均质靶实验,得到了多种冲击靶体条件的终点弹道参数和靶板损坏破坏模式。蒋志刚,曾首义等[20]研究了以弹速或亚弹速的刚性尖头弹垂直冲击有限厚度的塑性金属靶板的侵彻问题。实验中考虑了靶板背表面自由边界的影响,建立并求解不可压缩弹塑性材料有限球形空腔膨胀模型,得到弹头表面径向压力的解析解。得出当撞击速度小于临界撞击速度或侵彻深度小于临界侵彻深度时,靶板背表面自由边界对其试验基本没有影响。而当撞击速度比临界撞击速度大时,靶板背表面自由边街主要影响侵彻过程的第二阶段。 船舶侧舷抗侵彻研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_92507.html