發(fā)布時(shí)間：2020-04-05 18:50

【摘要】：彈藥侵徹目標(biāo)過程中火工品將受到毫秒級(jí)沖擊過載作用,并且在侵徹多層目標(biāo)時(shí)火工品也將受到多次連續(xù)的沖擊過載作用。采用低成本的霍普金森壓桿和空氣炮模擬試驗(yàn)方法在一定程度上能夠模擬火工品在彈藥侵徹目標(biāo)時(shí)形成的沖擊過載力學(xué)環(huán)境,但是這兩種方法產(chǎn)生的沖擊過載脈沖時(shí)間比真實(shí)的彈藥侵徹時(shí)間短,通常是100微秒左右,而且不能形成連續(xù)沖擊的力學(xué)環(huán)境。為了彌補(bǔ)霍普金森壓桿和空氣炮模擬試驗(yàn)方法的不足,急需建立長(zhǎng)脈沖沖擊與短脈沖沖擊之問、多次重復(fù)試驗(yàn)與單次沖擊試驗(yàn)之間的等效試驗(yàn)理論和方法。本論文針對(duì)這一迫切需要解決的科學(xué)和工程應(yīng)用問題,通過建立與沖擊過載強(qiáng)度和作用時(shí)間相關(guān)聯(lián)的損傷等效模型和試驗(yàn)方法,以及與沖擊次數(shù)相關(guān)聯(lián)的累積損傷等效模型和試驗(yàn)方法,比較好地解決了這一難題。在考慮試件內(nèi)部的應(yīng)力波傳播過程的基礎(chǔ)上,基于一維應(yīng)力波傳播理論,采用波形迭加法,建立了試件上過載加速度與壓桿上加速度之間的等效關(guān)系,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析模型的可靠性、準(zhǔn)確性。計(jì)算結(jié)果表明,壓桿上的加速度僅表征了試件受到的平均加速度。柱形彈性試件本身的基本物理、力學(xué)性質(zhì)對(duì)其過載加速度峰值和脈寬具有顯著影響,并且試件的尺寸越大、材質(zhì)越輕、剛度越大,受到的過載加速度的峰值也越大。輸入應(yīng)變脈沖的上升時(shí)間、平臺(tái)幅值和脈沖持續(xù)時(shí)間也影響試件的過載,其中脈沖上升時(shí)間對(duì)試件過載的影響程度最大。針對(duì)長(zhǎng)、短脈沖加載下試件損傷差異的問題,研究峰值和脈寬不同的過載脈沖加載下純鉛試件的損傷變化規(guī)律。結(jié)果顯示,試件損傷隨加速度峰值的增加而呈線性增加；在正弦加速度脈沖加載下,隨加速度脈寬增加,試件損傷先增加、后減小。在自由式霍普金森壓桿過載實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,根據(jù)變形等效原則建立了長(zhǎng)、短脈沖對(duì)試件損傷的作用等效性分析方法和分析模型,并通過數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證了分析模型的可靠性。模型計(jì)算結(jié)果顯示,峰值vc與上升沿時(shí)間trise滿足關(guān)系式vc=y0+A0exp(R0trise)的梯形速度脈沖及峰值νb與脈寬νt滿足關(guān)系式vb=vt{y0+A1exp[vt/(2t1)]+A2exp[et/(2t2)]}/(20π)的正弦速度脈沖對(duì)理想剛塑性試件的損傷均具有作用等效性。針對(duì)多脈沖加載下試件的累積損傷問題,采用多次沖擊所形成的非連續(xù)多脈沖過載環(huán)境來實(shí)現(xiàn)純鉛試件的多脈沖加載,獲得非連續(xù)多脈沖加載下試件的損傷變化規(guī)律。結(jié)果表明,試件的相對(duì)長(zhǎng)度變化率隨加載次數(shù)的增加呈指數(shù)函數(shù)的形式逐漸減小�；谧杂墒交羝战鹕瓑簵U過載實(shí)驗(yàn)方法,根據(jù)變形等效原則,建立了單脈沖與多脈沖、多脈沖與多脈沖對(duì)試件損傷的作用等效性分析方法和分析模型。研究表明,單速度脈沖ν0(t)與多速度脈沖組vt(t)、v2(t)、……、vn(t)對(duì)試件的損傷具有作用等效性的條件為由上述速度微分求得的單加速度脈沖與多加速度脈沖組對(duì)試件的損傷也具有作用等效性。根據(jù)變形等效原則,采用銅柱或純鉛試件的長(zhǎng)度變化率為等效損傷量,研究自由式霍普金森壓桿技術(shù)、分離式霍普金森壓桿技術(shù)、空氣炮實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)彈過載實(shí)驗(yàn)技術(shù)之間對(duì)試件損傷的作用等效性關(guān)系,獲得了速度等效關(guān)系和加速度等效關(guān)系。結(jié)果顯示,SHPB實(shí)驗(yàn)與空氣炮實(shí)驗(yàn)的加速度等效關(guān)系為αSHPB=0.7392αairgun+0.2446；FHPB實(shí)驗(yàn)與空氣炮實(shí)驗(yàn)的加速度等效關(guān)系為αairgun=0.143αFHPB+0.2656；實(shí)彈過載環(huán)境下150000g加速度對(duì)應(yīng)空氣炮實(shí)驗(yàn)下80000g加速度。通過比較四種過載實(shí)驗(yàn)方法在試件的受載環(huán)境、受載邊界條件、損傷機(jī)理和過載評(píng)價(jià)指標(biāo)四個(gè)方面的異同,分析發(fā)現(xiàn)空氣炮實(shí)驗(yàn)裝置比自由式和分離式霍普金森壓桿過載實(shí)驗(yàn)裝置能更好地模擬火工品在實(shí)彈實(shí)驗(yàn)中的過載環(huán)境。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TJ450.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 李創(chuàng)新;高過載條件下橋絲式電雷管損傷特征和規(guī)律研究[D];南京理工大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：2615394