高速侵徹彈體的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)問題是侵徹毀傷技術(shù)領(lǐng)域的熱點與難點問題,利用反彈道實驗技術(shù)準(zhǔn)確獲取侵徹體的實時動態(tài)響應(yīng)特性,對于建立不同彈靶作用條件下侵徹體結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律,深刻認識彈體侵徹動力學(xué)及裝藥結(jié)構(gòu)響應(yīng)具有重要意義。反彈道實驗技術(shù)可為彈體結(jié)構(gòu)響應(yīng)測試提供更多信息,精確測量彈體結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性。本文利用數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC),開展了實心/空心Taylor桿正反彈道撞擊實驗、自由梁橫/斜撞擊實驗和結(jié)構(gòu)彈體非正侵徹正反彈道實驗,測量了試件的實時動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù),提出并驗證了正反彈道撞擊變形等效條件。改進傳統(tǒng)的自由梁理論,考慮軸向與橫向載荷的交互作用,建立了求解侵徹體結(jié)構(gòu)實時動態(tài)響應(yīng)的理論模型,同時設(shè)計了一種具有較小侵徹阻力和較好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的雙卵形頭部彈體,具有較高的工程應(yīng)用價值。主要工作與結(jié)論包括:(1)從能量角度分析了質(zhì)量比因素對Taylor桿反彈道撞擊的影響,建立了正反彈道撞擊下結(jié)構(gòu)變形的等效條件�；讦�57mm和φ152mm輕氣炮加載平臺和DIC測試技術(shù),進行了不同質(zhì)量比Taylor桿正反彈道兩種撞擊條件下的變形實驗測試,結(jié)合實驗結(jié)果與數(shù)值模擬得到的參數(shù)化研究結(jié)果,驗證了等效條件。進行了中厚壁空心圓筒的正反彈道實驗、自由梁斜撞擊反彈道實驗和彈體結(jié)構(gòu)非正侵徹正反彈道實驗,對比驗證了等效條件與試件結(jié)構(gòu)和撞擊角度無關(guān),確定了普適性。(2)利用量綱分析方法研究撞擊過程中結(jié)構(gòu)變形的尺度效應(yīng),建立了應(yīng)變率敏感材料縮比與原型試件結(jié)構(gòu)變形的非幾何相似條件,提出了保證變形一致性的修正方法。驗證了非幾何相似規(guī)律,研究分析了填充物對空心中厚壁圓筒結(jié)構(gòu)變形的影響規(guī)律,結(jié)果表明填充物的存在會影響圓筒的徑向變形,但不同填充物對圓筒結(jié)構(gòu)徑向變形影響差別不明顯。(3)在φ152mm輕氣炮加載平臺上建立了結(jié)構(gòu)彈體非正侵徹2024-0鋁靶的反彈道實驗系統(tǒng),通過DIC測試方法獲得了彈體在反彈道非正侵徹過程中的實時響應(yīng)特性,對比了傾角、攻角及傾角攻角聯(lián)合侵徹作用下彈體響應(yīng)特征,并基于有限元計算結(jié)果分析侵徹過程中彈體截面的廣義軸力、剪力和彎矩的實時分布規(guī)律,得到了不同撞擊條件下彈體結(jié)構(gòu)的定量響應(yīng)特性。(4)考慮對質(zhì)量塊撞擊自由梁時間效應(yīng)的控制,引入軸向與橫向載荷交互作用下的屈服函數(shù)判定條件,建立了求解自由梁在橫向以及橫向與軸向交互作用下的實時動態(tài)響應(yīng)求解模型;基于侵徹金屬材料的空腔膨脹理論和非正侵徹條件下的自由表面效應(yīng),建立了傾角、攻角以及傾角攻角聯(lián)合侵徹下彈體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)模型,上述模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果均吻合較好。(5)以減小侵徹體阻力,改善侵徹體承載環(huán)境為目標(biāo),提出了一種雙卵形頭部侵徹彈體設(shè)計方法,定量分析了該頭部形狀彈體對侵徹體載荷影響的參數(shù)化規(guī)律,進行了雙卵形頭部彈體與常規(guī)卵形頭部彈體的非正侵徹反彈道實驗,結(jié)果表明,該彈體較相同頭部長度的常規(guī)卵形彈體具有更小的侵徹阻力和更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ410
【部分圖文】：

北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文第1章 緒論 研究背景及意義動能侵徹武器（EPW）是打擊加固和地下深埋目標(biāo)的有效手段，提高侵徹速其威力的最佳技術(shù)途徑。因此，發(fā)展超聲速、高超聲速侵徹武器及相關(guān)技術(shù)前該領(lǐng)域的重點與熱點問題。高速侵徹條件下更容易導(dǎo)致侵徹體失效破壞，曲、屈曲、破裂等結(jié)構(gòu)響應(yīng)現(xiàn)象，進一步，因侵徹體彎曲等結(jié)構(gòu)響應(yīng)將導(dǎo)致失穩(wěn)，即侵徹軌跡偏離速度方向[1; 2]。高速侵徹條件下的彈體結(jié)構(gòu)響應(yīng)問題已域的重要科學(xué)與工程應(yīng)用問題[1-5]。

Able-PENCURV 預(yù)測 BLU-113 的響應(yīng)圖與實驗究院的陳小偉研究團隊[5-7]在國內(nèi)較早就工程設(shè)計、高速侵徹彈體的失效與破壞工作中研究了因彈體頭部非對稱的質(zhì)量域相關(guān)科學(xué)問題方面持續(xù)開展研究工作、工程兵三所的劉瑞朝、何翔研究團隊[18]天一院 14 所徐孝誠研究團隊[21]、北京理作主要集中在高速侵徹終點效應(yīng)、高速析、高速侵徹彈體失效破壞模式的工程分驗數(shù)據(jù)。侵徹彈體工程設(shè)計中急需解決的關(guān)鍵科學(xué)構(gòu)響應(yīng)模式與失效破壞機理為突破點，采方法，重點獲得高速侵徹體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實

以及不同撞擊方向時的變形機理，如圖 1-3 所示，得出了撞擊攻角度無太大影響。Herrmann 等人[28]的反彈道實驗中運用了 VISAR 100m/s-500m/s 范圍內(nèi)的靶撞擊鈾鈦合金桿，對合金桿的動態(tài)力學(xué)并且使用 AUTODYN 模擬，結(jié)合實驗結(jié)果校正了鈾鈦合金 SCG 連到了很好的結(jié)果。Behner 等人[29]采用反彈道技術(shù)，在 2km/s 到 6硅陶瓷撞擊長金桿進行了研究，得到了碳化硅陶瓷的撞擊速度-侵，并且發(fā)現(xiàn)侵徹速度與撞擊速度成正比。Hockauf 等人[30]將反彈道n 桿上，研究織物與不同形狀的物體高速撞擊時的動態(tài)穿孔過程，量了桿的受力情況，得到穿孔過程中織物穿孔深度與受力的關(guān)系用反彈道技術(shù)研究了碳化硅撞擊長金桿過程中靶板約束、靶板預(yù)破寸對于侵徹速度的影響，得到了侵徹速度只與撞擊速度成線性相、靶板預(yù)破壞程度和桿徑向尺寸都無關(guān)。以上研究說明，在反彈道加裝更多地測試裝置對試件進行測量，同時反彈道可較好地應(yīng)用于。

本文編號：2855473