考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，属于冲击动力学领域。本发明专利技术通过结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制，提出一种耦合两种弹体侵蚀机制的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，有效地预测了弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，该方法考虑了弹体侵彻过程中由于弹靶摩擦热导致的弹体表面熔化和硬质颗粒对弹体表面的切削效应，充分考虑了实验观测得到的多种侵蚀机制共同作用，突破了传统计及单一侵蚀机制预测方法的瓶颈。通过该预测方法可实现弹体高速冲击混凝土侵彻性能的高精度预测，为高速侵彻钻地弹的结构设计和混凝土防护性能的评估提供了关键技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法
本专利技术涉及一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，属于冲击动力学领域。
技术介绍
已经有相当多的实验表明，即使冲击速度低于半流体转换速度，弹体依然会发生较为明显的质量损失和弹头钝化现象，并且随着初始撞击速度的提升，质量侵蚀现象愈加严重，且会严重影响弹体的侵彻性能。通过对试验后剩余弹体的观察，一些剩余弹体头部钝化为近似半球形，甚至发生高达7.0％的质量损失。如此严重的弹体侵蚀现象势必会影响弹体的侵彻性能，特别是对于初始撞击速度较高的弹体或强度不够高的弹体。忽略侵彻过程中的侵蚀效应会导致对侵彻性能的预测出现较大误差。侵彻过程中的弹体质量损失会导致弹体动能下降，弹头钝化会导致弹体受力的不均和轴向阻力的增加。侵蚀过程会显著影响弹道的稳定性及弹体结构的完好性，最终降低弹体的侵彻性能。因此，一种计及侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法是极为必要的。现阶段考虑质量侵蚀的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法主要分为两个方面：(1)依赖已有实验规律，结合部分实验拟合参数，建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，其特征在于：/n包括如下步骤：/n步骤1：求解控制方程，获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的数值解析解；/n基于动态空腔膨胀理论，建立混凝土动态响应的动量和质量守恒方程；采用Ottosen破坏准则和HJC状态方程描述弹体侵彻过程中的混凝土的破坏行为，结合Hugoniot界面跳跃条件，使用龙格库塔数值方法求解得到不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力；/n步骤2：根据步骤1的数据集合，拟合得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的参数；/n步骤3：在所设定的每一个时间步内，由弹体瞬时速度得到弹、靶间壁...

【技术特征摘要】
1.一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤1：求解控制方程，获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的数值解析解；
基于动态空腔膨胀理论，建立混凝土动态响应的动量和质量守恒方程；采用Ottosen破坏准则和HJC状态方程描述弹体侵彻过程中的混凝土的破坏行为，结合Hugoniot界面跳跃条件，使用龙格库塔数值方法求解得到不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力；
步骤2：根据步骤1的数据集合，拟合得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的参数；
步骤3：在所设定的每一个时间步内，由弹体瞬时速度得到弹、靶间壁面的膨胀速度，再根据动态空腔膨胀理论来计算开坑阶段和隧道区阶段靶体给予弹体表面的轴向阻力；
步骤4：根据热传导方程获取弹体表面的温度分布情况；
在所设定的每一个时间步内，通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况，并统计温度超过弹体熔点的弹体表面体积；对于弹体表面的温升熔化，建立如下的热传导方程：



其中，T代表弹体表面温度，ρp为弹体密度，cp为弹体材料热影响因子，λ1为比热容；通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况；将一个时间步内，温度超过弹体熔点的剖面形状记为ΔSm；
步骤5：采用磨粒磨损理论模型计算混凝土骨料对弹体表面的切削深度；
在所设定的每一个时间步内，利用磨粒磨损理论模型来模拟硬质颗粒对弹体表面的切削，获取骨料等硬质颗粒对弹体表面的切削量；弹体表面的切削深度函数g(x)可表示为



其中，K为磨蚀参数，为弹靶的相对速度，Y为弹体表面材料的动态屈服强度；这样，在一个时间步内，被骨料等硬质颗粒切削的弹体剖面形状记为ΔSc；
步骤6：由JC模型建立步骤4和步骤5的相互影响联系，耦合求解得到两种侵蚀机制耦合作用下弹体侵蚀量，更新弹体的轮廓；
弹体表面的屈服强度和温度是计算弹体质量损失量的关键参数；这两个参量不仅与弹体速度、弹头受力等因素息息相关的，相互之间也存在着函数关系；作为在高温、高应变率条件下金属材料中应用极为广泛的本构模型，JC模型可以得到弹体表面温度与屈服强度的函数关系；弹体表面切削回退速度与弹体表面屈服应力有关；对弹头的切削将改变弹头轮廓，进而通过CET理论影响弹头的受力情况及弹靶间摩擦热的大小；摩擦热的大小决定了弹体表面温度的分布及熔化损失的弹体质量；此外，温度分布的改变也会影响到该时间步内切削回退速度；最终得到该时间步内，两种侵蚀机制耦合作用下的弹头轮廓离散点的回退距离，进而计算得到弹体轮廓的变化；
步骤7：根据步骤6对弹体轮廓的更新，计算得到更新后的弹体质量、弹体减加速度以及弹体的瞬时速度；
步骤8：基于所设定的终止条件，输出对应的计算结果；有效地预测弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，能够为高速侵彻钻地弹的结构设计提供关键技术支撑。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：许香照，宁建国，马天宝，任会兰，李健，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11