3.0 弹靶的材料性质对长杆高速倾彻的影响
从本节开始将详细论述长杆高速侵彻的突出问题,其中部分研究成果已有相应工程应用,而不少仍是领域内的研究热点。
影响长杆高速侵彻的弹靶材料因素主要有弹材密度、靶材密度、弹体强度和靶体阻力。早期对实验数据的分析认为,弹靶密度对长杆侵彻的影响远大于强度[1],这与流体动力学模型相契合。随后的研究发现,弹靶强度对侵彻作用的影响不能忽视。
3.1影响长杆高速倾彻的靶体阻力因素
3.1.1 靶体阻力与空腔膨胀理论
Tate[2]在1967年提出了弹体材料的Hugoniot弹性极限,而后他通过实验数据拟合重新评估了该模型,提出了新的表达式。Rosenberge[3]在1990年将Tate在1986年提出的阻力模型中的球形空腔[4]用柱形空腔替代了。
需要强调的是,上述模型适用于金属材料。对于金属,材料响应区域划分为塑性、弹性和未变形区;而对于脆性材料如陶瓷,材料变形区划分为粉碎、裂纹和弹性区;混凝土靶体在长杆高速侵彻下的响应区划分为密实、孔除压实、开裂和弹性区。
在我的检索中还查到了了阻力模型的不同取值方法,包括Rosenberge和Dekel[5]通过数值模拟得出的关系式。实际上,长杆高速侵彻靶体阻力明显高于刚性杆侵彻阻力,与靶材料流动状况不同导致了这种差异。Rosenberge和Dekel的模拟结果显示,长杆高速侵彻的靶体阻力约为刚性杆侵彻的1.3倍。此外,该模拟结果还表明了靶体阻力与靶材流动情况的依赖关系,通过职材流场的相似性进行了说明,以避免过多的琐碎陈述,请看下图。
[1] Hohler V, Stilp A J.1987.Hypervelocity impact of rod projectileswith L/D from 1 to 32. International Journal of Impact Engineering, 5: 323-331.
[2] Tate A.1967.A theory for the deceleration of long rods afterimpact. Journal of the Mechanics & Physics of Solids, 15: 387-399.
[3] Rosenberg Z, Marmor E, Mayseless M.1990.On the hydrodynamic theoryof long-rod penetration
. International Journal of ImpactEngineering, 10: 483-486.
[4] Tate A.1986.Long rod penetration models & mdash: Part II. Extensions to the hydrodynamictheory of penetration. International Journal of Mechanical Sciences, 28: 599-612.
[5] Rosenberg Z, Dekel E.1994b.Acritical examination of the modified Bernoulli equation using two-dimensionalsimulations of long rod penetrators.International Journal of Impact Engineering, 15: 711-720.