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装甲陶瓷的界面击溃效应

力学进展 2019年第1期49卷 392-427页

作者：谈梦婷张先锋包阔伍杨吴雪南京理工大学机械工程学院南京210094 瞬态冲击技术重点实验室北京102202

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够... 详细信息

界面击溃效应(interface defeat)是射弹撞击陶瓷材料过程中,陶瓷表面产生的特有现象.国内外学者在近30年来对陶瓷界面击溃效应开展的大量研究工作表明界面击溃效应中射弹界面驻留(dwell)时间的增加以及界面击溃/侵彻转变速度的升高能够大量消耗弹体动能、有效提高装甲陶瓷的抗弹性能.本文主要从实验、理论和数值模拟三方面介绍国内外学者开展的工作,包括陶瓷界面击溃效应的宏观与微观力学机制及其研究方法等.针对现今对界面击溃效应研究的不足,提出了关于未来研究方向的建议.

关键词：装甲陶瓷界面击溃冲击动力学裂纹扩展

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柱形长杆弹侵彻的界面击溃分析

爆炸与冲击 2011年第2期31卷 141-147页

作者：李继承陈小伟中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

在Alekseevski-Tate模型的基础上,分析了柱形长杆弹的界面击溃过程,给出了弹体速度下降及质量侵蚀的计算公式;讨论了弹体速度下降及质量侵蚀对动能损失的影响;特别针对柱形长杆弹在界面击溃过程中弹体速度准定常小量变化的特点,近似给... 详细信息

在Alekseevski-Tate模型的基础上,分析了柱形长杆弹的界面击溃过程,给出了弹体速度下降及质量侵蚀的计算公式;讨论了弹体速度下降及质量侵蚀对动能损失的影响;特别针对柱形长杆弹在界面击溃过程中弹体速度准定常小量变化的特点,近似给出了弹体速度、弹体质量随时间变化的简化解析表达式,为工程应用提供便利。

关键词：爆炸力学解析表达式 Alekseevski-Tate模型柱形长杆弹界面击溃动能损失

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尖锥头长杆弹侵彻的界面击溃分析

力学学报 2011年第1期43卷 63-70页

作者：李继承陈小伟中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900

在Alekseevski-Tate模型基础上,理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程,分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式;随后分析弹体的动能损失,讨论半锥角对弹体动能损失的影响.通过分析小子弹撞击陶瓷/金属... 详细信息

在Alekseevski-Tate模型基础上,理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程,分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式;随后分析弹体的动能损失,讨论半锥角对弹体动能损失的影响.通过分析小子弹撞击陶瓷/金属复合靶板的例子,验证了该理论的正确性,并对比分析了尖锥头长杆弹与小子弹及平头长杆弹在界面击溃中动能损失之间的差异.

关键词：尖锥头长杆弹界面击溃速度下降质量侵蚀动能损失理论分析

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装甲陶瓷的界面击溃效应物质点法分析

装甲陶瓷的界面击溃效应物质点法分析

作者：刘倩利西安理工大学

学位级别：硕士

侵彻问题在战斗部研制和装甲防护设计中占有重要地位。为了更好的提高防护性能,人们对高性能防护材料,特别是陶瓷材料展开了大量研究。陶瓷材料以其低密度、高强度和高硬度的特点,展现出了卓越的抗侵彻性能。对于陶瓷装甲被长杆弹撞击... 详细信息

侵彻问题在战斗部研制和装甲防护设计中占有重要地位。为了更好的提高防护性能,人们对高性能防护材料,特别是陶瓷材料展开了大量研究。陶瓷材料以其低密度、高强度和高硬度的特点,展现出了卓越的抗侵彻性能。对于陶瓷装甲被长杆弹撞击过程中出现的界面击溃问题,本文采用一种数值方法——物质点法对其进行研究。物质点法是一种典型的无网格算法,通过将连续介质构型离散化为若干物质点,利用背景网格实现动量的映射、积分和弹靶的接触计算,从而能有效地处理侵彻过程中的复杂动力学问题。首先,本文介绍了界面击溃问题的研究现状、物质点法的发展历程及应用领域,说明了物质点法在高速侵彻问题中的科学价值和实际意义。详细阐述了物质点法的理论基础,包括物质点法的建立与离散、求解格式、应力更新格式、显式时间步长计算和人工粘性项等。回顾了弹体金属材料的动态材料模型,如Johnson-Cook塑性模型、Mises屈服准则以及Mie-Grüneisen状态方程,用以分析金属弹体在高温、高压和高应变率条件下的应力行为。将这些模型引入物质点法,用Taylor杆撞击问题进行了分析验证,证明了物质点法在冲击问题中的计算精度。其次,研究了装甲陶瓷的动态材料本构,在JH-1和JH-2模型的基础上提出了修正的JH-3材料模型,通过模拟飞片冲击实验,深入探讨了陶瓷材料在冲击载荷下的拉伸和压缩破坏行为。对比验证了四种陶瓷本构模型以及标准物质点和广义物质点的精度,证明了陶瓷靶标模型的正确性。最后,通过物质点法的仿真实验详细探讨了长杆弹侵彻装甲陶瓷的动力学过程,重点研究了陶瓷材料表面形成的界面击溃效应以及形成侵彻时的侵彻转变速度。从仿真结果发现,撞击速度以及预应力的提高对侵彻转变速度具有一定影响。本文通过将物质点法应用到陶瓷装甲防护领域,初步验证了物质点法在解决动态侵彻问题中的良好效果,为复杂防护结构的优化设计和防护效果评估提供了一种新的思路和解决方法。一系列的理论探讨和模拟分析,全面展示了物质点法在解决复杂的动态侵彻问题中的应用效果,并为未来此领域的研究和应用提供了有力的支持和参考。

关键词：物质点法陶瓷本构界面击溃侵彻转变速度

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约束对陶瓷靶界面击溃行为的影响

约束对陶瓷靶界面击溃行为的影响

作者：张娜娜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

陶瓷材料具有低密度、高强度的特点,将其用作装甲靶具有良好的防护性能,并可以大幅度减轻装甲防护系统的质量。长杆弹撞击陶瓷靶时,出现长杆弹头部质量被侵蚀,陶瓷靶不被直接侵彻的现象,这种现象称为界面击溃。陶瓷靶的界面击溃现象可... 详细信息

陶瓷材料具有低密度、高强度的特点,将其用作装甲靶具有良好的防护性能,并可以大幅度减轻装甲防护系统的质量。长杆弹撞击陶瓷靶时,出现长杆弹头部质量被侵蚀,陶瓷靶不被直接侵彻的现象,这种现象称为界面击溃。陶瓷靶的界面击溃现象可以有效保证装甲靶的耐受性和持久性。本文主要通过仿真建立不同约束条件下的长杆弹撞击陶瓷靶模型,研究不同约束条件对陶瓷靶抗侵彻性能的影响及其力学机理。主要研究内容如下:建立长杆弹撞击陶瓷靶仿真模型。在已有陶瓷靶实验的基础上,通过AUTODYN软件采用SPH算法与Lagrange算法相结合的方法,将JH-1模型和JC模型作为其本构模型,建立长杆弹撞击陶瓷靶数值仿真模型。并通过对比实验和仿真中陶瓷靶界面击溃特性,验证已建立的仿真模型的有效性。前约束板对陶瓷靶界面击溃行为影响的研究。在初始模型的基础上,设置前约束板与圆筒连接和未连接的陶瓷靶。分别调整前约束板的厚度,研究前约束厚度和前约束板是否与圆筒连接对陶瓷靶界面击溃行为的影响。观察不同速度下陶瓷靶界面击溃特性,分析数据发现前约束板厚度较大时对长杆弹的缓冲作用较大,陶瓷靶抗侵彻性能增加。陶瓷破坏过程与表面所受压力和侵蚀产物流动有关。前约束板与圆筒连接时对陶瓷表面压力作用较大,可以提高陶瓷靶抗侵彻性能。周向约束对陶瓷靶界面击溃行为影响的研究。在初始模型的基础上,改变圆筒厚度和径向比,以改变圆筒对陶瓷靶的约束作用。观察不同速度下陶瓷靶界面击溃特性,分析数据发现厚度较大的圆筒刚度大,给陶瓷靶提供周向约束作用,陶瓷靶有更好的抗侵彻性能。通过改变陶瓷靶径向比探究预应力大小对陶瓷靶的影响,研究发现预应力增加可以提高陶瓷靶抗侵彻性能。存在径向比增加到特定值时,陶瓷靶受到的预应力最大,同时陶瓷靶的抗侵彻性能最佳。弱界面层对陶瓷靶界面击溃行为影响的研究。陶瓷靶的界面击溃行为受到侵蚀产物对陶瓷表面压力的影响。在前约束板和陶瓷表面之间添加弱界面层可以导向侵蚀产物的流动。观察弱界面层厚度不同时界面击溃特性,研究发现弱界面层厚度增加时,陶瓷靶抗侵彻性能下降。陶瓷靶的破坏过程与陶瓷表面次受压区域与陶瓷正受压区域的压力分布有关。

关键词：陶瓷靶界面击溃长杆弹 SPH 数值模拟

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长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃效应仿真模拟

长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃效应仿真模拟

作者：谈梦婷南京理工大学

学位级别：硕士

本文采用理论分析与仿真模拟相结合的方法,研究装甲陶瓷材料的界面击溃效应(Interface Defeat/Dwell)。基于陶瓷材料锥裂纹和翼型裂纹扩展理论,发展并完善描述陶瓷材料界面击溃效应的工程模型,通过合理简化实现了界面击溃/侵彻转变速度... 详细信息

本文采用理论分析与仿真模拟相结合的方法,研究装甲陶瓷材料的界面击溃效应(Interface Defeat/Dwell)。基于陶瓷材料锥裂纹和翼型裂纹扩展理论,发展并完善描述陶瓷材料界面击溃效应的工程模型,通过合理简化实现了界面击溃/侵彻转变速度的计算。采用合理的仿真方法,建立了长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃效应的仿真模型。围绕弹体头部形状、靶体约束结构等因素对界面击溃的影响规律进行仿真模拟研究,并对考虑界面击溃效应的长杆弹侵彻陶瓷复合靶过程进行仿真模拟。本文主要研究内容如下：(1)基于陶瓷锥裂纹和翼型裂纹扩展理论的界面击溃广侵彻转变速度计算模型分别利用锥裂纹扩展理论和翼型裂纹扩展理论获取界面击溃/侵彻转变速度与弹体半径的关系,随后,研究了弹体和靶体材料参数对界面击溃/侵彻转变速度的影响并进行参数简化,通过计算结果和已有实验数据对比验证了理论模型的可靠性。最后,结合两种裂纹扩展模型建立了能够预测陶瓷界面击溃／侵彻转变速度的计算模型。(2)长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃效应仿真研究基于JH-1脆性材料本构模型和JC本构模型,利用有限元软件AUTODYN建立长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃的仿真模型,获取了典型界面击溃效应的仿真结果,对比已有实验结果验证了仿真模型算法、本构模型及参数的可靠性。(3)长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃效应影响因素仿真研究采用(2)建立的仿真模型,系统研究长杆弹头部形状、盖板厚度、预应力等因素对界面击溃效应的影响并分析了产生界面击溃与侵彻时的损伤、应力和侵彻深度等参数。(4)考虑界面击溃效应的长杆弹撞击陶瓷复合靶侵彻深度的仿真研究为研究界面击溃效应对侵彻深度的影响,分别对不同厚度陶瓷、不同背板厚度陶瓷复合靶的界面击溃效应和侵彻现象进行了仿真模拟。获取了不同装甲情况下侵彻深度与时间的关系曲线,确定了抗弹性能最佳的陶瓷复合靶结构。

关键词：冲击动力学装甲陶瓷界面击溃微观裂纹陶瓷锥仿真模拟

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尖锥头长杆弹撞击过程中的界面击溃分析

尖锥头长杆弹撞击过程中的界面击溃分析

第2届全国工程安全与防护学术会议

作者：李继承陈小伟中国工程物理研究院总体工程研究所

在Alekseevski-Tate模型基础上,理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程,分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式;随后分析弹体的动能损失,讨论半锥角对弹体动能损失的影响,并对比分析尖锥头长杆弹与平... 详细信息

在Alekseevski-Tate模型基础上,理论分析了尖锥头长杆弹的界面击溃过程,分别给出在锥头侵蚀阶段和弹身侵蚀阶段的弹体速度下降及质量侵蚀计算公式;随后分析弹体的动能损失,讨论半锥角对弹体动能损失的影响,并对比分析尖锥头长杆弹与平头长杆弹之间其动能损失的差异。

关键词：尖锥头长杆弹界面击溃动能损失理论分析

来源： cnki会议评论

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长杆弹撞击陶瓷靶的一种数值模拟方法

爆炸与冲击 2020年第5期40卷 71-83页

作者：伍一顺陈小伟北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081

陶瓷材料具有高强度和低密度等特点,抗弹性能优越,被广泛用于各类装甲中。长杆弹撞击陶瓷靶时会发生径向流动、质量显著侵蚀而无明显侵彻的界面击溃现象,是陶瓷抗侵彻性能研究中具有重要研究价值的特殊现象。利用有限元软件AUTODYN建立... 详细信息

陶瓷材料具有高强度和低密度等特点,抗弹性能优越,被广泛用于各类装甲中。长杆弹撞击陶瓷靶时会发生径向流动、质量显著侵蚀而无明显侵彻的界面击溃现象,是陶瓷抗侵彻性能研究中具有重要研究价值的特殊现象。利用有限元软件AUTODYN建立了长杆弹撞击陶瓷靶的二维轴对称计算模型,采用Lagrange和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics, SPH)算法,模拟了柱形钨合金长杆弹撞击带盖板的碳化硅陶瓷,通过改变长杆弹的撞击速度,得到了界面击溃、驻留转侵彻和直接侵彻3个不同现象。讨论了不同建模算法、边界条件以及材料参数对模拟结果的影响。通过网格收敛性验证和与实验结果进行拟合,综合验证了计算模型中算法、边界条件和参数设定的可靠性。结果表明,在建模中若同时使用SPH算法和Lagrange算法,需要考虑粒子和网格大小对于模拟结果的影响。针对长杆弹撞击陶瓷靶的界面击溃模拟,不建议对陶瓷材料采用SPH粒子建模。相关建模和参数选择方法对后续陶瓷抗侵彻/界面击溃的数值模拟具有重要的指导意义。

关键词：陶瓷装甲界面击溃驻留转侵彻 SPH算法

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不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

兵工学报 2022年第9期43卷 2318-2329页

作者：司鹏白帆刘彦闫俊伯黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装... 详细信息

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明:陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。

关键词：陶瓷/金属复合装甲厚度比界面击溃抗弹性能

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