長桿高速/超高速侵徹：理論模型與數(shù)值分析

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 長桿高速侵徹的基本概念 4
1.2.1 長桿彈的不同侵徹模式 4
1.2.2 長桿高速侵徹的四個階段 6
1.3 長桿高速侵徹的研究方法 8
1.3.1 實驗研究 8
1.3.2 數(shù)值模擬 11
1.4 長桿高速侵徹的理論模型 13
1.4.1 流體動力學(xué)理論與Allen-Rogers模型 13
1.4.2 Alekseevskii-Tate 模型 15
1.4.3 其他理論模型 18
參考文獻 21
第2章 長桿高速/超高速侵徹問題研究進展 32
2.1 引言 32
2.2 彈靶材料性質(zhì)對長桿高速侵徹的影響 32
2.2.1 長桿高速侵徹中的靶體阻力Rt 32
2.2.2 長桿高速侵徹中的彈體強度Yp 36
2.2.3 其他材料性質(zhì)對長桿高速侵徹的影響 38
2.3 長桿彈頭部形狀對侵徹能力的影響 42
2.3.1 初始彈頭形狀對長桿侵徹能力的影響 42
2.3.2 侵徹過程中彈頭形狀對長桿侵徹能力的影響 44
2.4 長徑比效應(yīng)與分段桿設(shè)計 46
2.4.1 長徑比效應(yīng)及其作用機理 46
2.4.2 長徑比效應(yīng)的應(yīng)用：分段桿 50
2.5 陶瓷靶抵抗長桿侵徹與界面擊潰 55
2.5.1 陶瓷靶抵抗長桿侵徹 55
2.5.2 界面擊潰 59
2.6 非理想長桿侵徹 65
2.6.1 長桿侵徹有限厚靶 65
2.6.2 非對稱長桿侵徹 68
2.7 長桿超高速侵徹的彈粑可壓縮性 73
2.8 研究展望 78
參考文獻 80
第3章 長桿高速侵徹的Alekseevskii-Tate模型求解 91
3.1 引言 91
3.2 Alekseevskii-Tate模型的理論解 91
3.3 理論解的簡化近似 95
3.3.1 近似解1 97
3.3.2 近似解2 99
3.3.3 無量綱線性系數(shù)尺 100
3.4 近似解的進一步討論 100
3.4.1 彈尾速度 100
3.4.2 侵徹速度 101
3.4.3 兩組近似解的適用條件 102
3.4.4 侵蝕速率 103
3.4.5 侵徹效率 103
3.5 近似解與一階攝動解對比 105
3.6 模型參數(shù)分析 106
3.7 算例分析 108
3.8 本章小結(jié) 112
參考文獻 113
第4章 長桿高速侵徹的速度關(guān)系與控制參量 115
4.1 引言 115
4.2 長桿高速侵徹中的線性關(guān)系 116
4.2.1 實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果 116
4.2.2 基于流體動力學(xué)模型的理論分析 118
4.3 基于Alekseevskii-Tate模型的理論分析 120
4.4 Alekseevskii-Tate 模型近似解與 關(guān)系 124
4.5 長桿高速侵徹的減速分析 126
4.5.1 瞬時速度衰減速率 126
4.5.2 長桿高速侵徹過程的速度衰減程度 127
4.5.3 速度衰減程度對關(guān)系的影響 129
4.6 長桿高速侵徹的特征控制參量 129
4.7 長桿高速侵徹的控制參量參數(shù)分析 131
4.8 本章小結(jié) 134
參考文獻 134
第5章 長桿高速侵徹的二維模型 136
5.1 引言 136
5.2 模型構(gòu)建 137
5.2.1 基本思路 137
5.2.2 基本方程 139
5.2.3 典型彈體頭形與頭形因子 140
5.2.4 模型參數(shù)義和B的取值 142
5.3 模型求解 143
5.4 長桿高速侵徹過程中頭形的影響 145
5.4.1 頭桿徑比*的影響 145
5.4.2 頭形因子N*的影響 149
5.5 本章小結(jié) 152
參考文獻 152
第6章 鎢纖維増強金屬玻璃復(fù)合材料長桿彈侵徹試驗 155
6.1 引言 155
6.2 穿甲實驗描述 156
6.3 實驗情況 157
6.4 侵徹彈道和殘余彈體宏觀形貌分析 159
6.4.1 鎢合金彈 159
6.4.2 鎢纖維非晶彈 160
6.5 殘余彈體微細觀形貌及金相分析 163
6.5.1 鎢合金殘彈 163
6.5.2 鎢纖維非晶殘彈 166
6.6 鎢纖維殘余彈體頭部邊緣層金相分析 168
6.7 彈體材料失效破壞模式分析 170
6.8 穿甲過程對Q235鋼靶體顯微組織的影響 172
6.9 討論 173
參考文獻 175
第7章 穿甲“自銳”行為的數(shù)值/理論分析和考慮頭形變化的三階段二維模型 176
7.1 引言 176
7.2 有限元幾何模型和材料本構(gòu)模型 177
7.2.1 幾何模型 177
7.2.2 彈靶材料模型 179
7.3 模型驗證及討論 183
7.3.1 30CrMnMo鋼靶 183
7.3.2 Q235 鋼靶 188
7.4 復(fù)合材料彈體“自銳”機理分析 190
7.4.1 侵徹過程中的彈靶變形和破壞特性 190
7.4.2 彈體內(nèi)部應(yīng)力和彈體速度的變化特性 192
7.5 不同因素對復(fù)合材料彈體“自銳”特性的影響 194
7.5.1 撞擊速度的影響 195
7.5.2 靶材強度的影響 197
7.5.3 初始彈頭形狀的影響 198
7.6 長桿高速侵徹鋼靶的二維效應(yīng)分析 201
7.6.1 小尺寸長桿彈侵徹30CrMnMo鋼靶 201
7.6.2 大尺寸長桿彈侵徹Q235鋼靶 202
7.7 鎢合金長桿高速侵徹鋼靶的數(shù)值模擬 205
7.8 長桿彈侵徹過程頭形變化及質(zhì)量侵蝕 209
7.8.1 頭形變化分析 209
7.8.2 長桿侵徹過程中彈頭質(zhì)量侵蝕機制分析 214
7.9 考慮頭形變化的長桿彈三階段侵徹二維理論模型 216
7.9.1 初始瞬態(tài)階段 216
7.9.2 準(zhǔn)定常侵徹階段 217
7.9.3 次級侵徹階段 218
7.10 本章小結(jié) 221
參考文獻 223
第8章 分段桿侵徹性能的數(shù)值建模與分析 226
8.1 引言 226
8.2 有限元模型及驗證 227
8.2.1 彈、靶材料本構(gòu)關(guān)系 227
8.2.2 彈靶有限元模型與驗證 228
8.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 230
8.3.1 長桿彈侵徹 230
8.3.2 理想分段桿侵徹 230
8.3.3 帶套筒的分段桿侵徹 233
8.4 三種彈型的侵徹過程比較 234
8.5 長徑比和分段間隔對理想分段桿侵徹影響的數(shù)值分析 236
8.5.1 不同長徑比的分段桿侵徹 236
8.5.2 不同分段間隔的分段桿的侵徹 239
8.6本章小結(jié) 242
參考文獻 242
第9章 錐頭長桿彈撞擊陶瓷靶過程中由界面擊潰向侵徹的臨界轉(zhuǎn)變 244
9.1 引言 244
9.2 錐頭彈界面擊潰過程中的速度下降和質(zhì)量侵蝕 246
9.3 彈體由界面擊潰向侵徹轉(zhuǎn)變所對應(yīng)的臨界撞擊速度范圍 249
9.4 彈體由界面擊潰向侵徹轉(zhuǎn)變的臨界轉(zhuǎn)變時間 261
9.4.1 靶材強度的變化 261
9.4.2 臨界轉(zhuǎn)變時間 263
9.5本章小結(jié) 265
參考文獻 266
第10章 長桿彈撞擊陶瓷靶的數(shù)值模擬研究 270
10.1 引言 270
10.2 數(shù)值模財法 270
10.2.1 數(shù)值算法及模型 271
10.2.2 材料模型及參數(shù) 271
10.2.3 邊界條件設(shè)置 273
10.3 模型算法及網(wǎng)格收斂性 274
10.3.1 蓋板算法選擇 274
10.3.2 陶瓷算法選擇 275
10.3.3 網(wǎng)格收斂性 276
10.4 模擬參數(shù)驗證 277
10.4.1 材料參數(shù)選擇 277
10.4.2 侵蝕參數(shù)選擇 280
10.5 界面擊潰 281
10.5.1 模擬結(jié)果 282
10.5.2 模擬結(jié)果與理論對比 284
10.6 駐留轉(zhuǎn)侵徹 287
10.6.1 模擬結(jié)果 287
10.6.2 模擬結(jié)果與理論比較 289
10.7 直接侵徹 290
10.8侵徹過程中彈頭形狀變化 291
10.9 本章小結(jié) 293
參考文獻 294
第11章 可壓縮性對超高速侵徹的影響 296
11.1 引言 296
11.2 完整可壓縮侵徹模型 296
11.2.1 狀態(tài)方程 296
11.2.2 沖擊波的處理 297
11.2.3 沖擊波到駐點的等熵過程 298
11.3 完整可壓縮侵徹模型的數(shù)值求解 299
11.3.1 數(shù)值求解 299
11.3.2 程序驗證 302
11.4 可壓縮侵徹模型的參數(shù)討論 304
11.5 可壓縮性對侵徹的影響 305
11.5.1 強可壓縮彈侵徹弱可壓縮靶 306
11.5.2 彈侵徹可壓縮性相當(dāng)?shù)陌?309
11.5.3 弱可壓縮彈侵徹強可壓縮靶 312
11.6 主要參量的分析 315
11.6.1 彈/靶界面壓力 315
11.6.2 強度 316
11.6.3 內(nèi)能 316
11.6.4 侵徹效率 317
11.7本章小結(jié) 318
參考文獻 318
第12章 超高速侵徹的近似可壓縮模型 319
12.1 引言 319
12.2 基本理論 319
12.3 近似模型的假設(shè) 321
12.3.1 沖擊波的影響 321
12.3.2 Murnaghan 狀態(tài)方程 323
12.4 理論推導(dǎo) 327
12.4.1 近似模型 327
12.4.2 Fedorov 和 Bayanova 的模型 329
12.5 算例 331
12.5.1 強可壓縮彈侵徹弱可壓縮靶 331
12.5.2 彈侵徹可壓縮性相當(dāng)?shù)陌?332
12.5.3 弱可壓縮彈侵徹強可壓縮靶 334
12.6 近似模型的精度分析 335
12.7 本章小結(jié) 339
參考文獻 340
第13章 超高速長桿彈和射流侵徹的理論研究 341
13.1 引言 341
13.2 髙速WHA長桿彈 341
13.2.1 侵徹效率 341
13.2.2 下限臨界速度 343
13.3 超高速WHA長桿彈 346
13.4 銅射流 349
13.4.1 考慮材料強度和可壓縮性的虛擬原點方法 350
13.4.2 算例 351
13.5 本章小結(jié) 354
參考文獻 354
第14章 長桿超高速侵徹的近似可壓縮流體模型 356
14.1 引言 356
14.2 近似可壓縮流體侵徹的理論模型 357
14.2.1 模型的建立 357
14.2.2 模型的解 358
14.3 模型驗證與分析 359
14.3.1 實驗驗證 359
14.3.2數(shù)值模擬比較分析 362
14.4 模型分析 365
14.4.1 與A-T模型比較分析 365
14.4.2 與流體