球形破片侵彻明胶修正力学模型
步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟
步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟
作者：罗少敏， 徐诚， 陈爱军， 张晓云， 刘苏苏， LUO Shao-min， XU Cheng， CHEN Ai-jun， ZHANG Xiao-yun， LIU Su-su
作者单位：罗少敏,徐诚,张晓云,刘苏苏,LUO Shao-min,XU Cheng,ZHANG Xiao-yun,LIU Su-su(南京理工大学机械工程学院,江苏南京,210094)， 陈爱军,CHEN Ai-jun(南京理工大学理学院,江苏南京,210094)
刊名：
兵工学报
英文刊名：Acta Armamentarii
年，卷(期)：2014,35(8)
引用本文格式：罗少敏.徐诚.陈爱军.张晓云.刘苏苏.LUO Shao-min.XU Cheng.CHEN Ai-jun.ZHANG Xiao-yun.LIU Su-su步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟[期刊论文]-兵工学报 2014(8)。
一种考虑球体变形的钨球侵彻低碳钢深度计算模型
一种考虑球体变形的钨球侵彻低碳钢深度计算模型
刘铁磊;王晓锋;徐豫新;李永鹏;张健
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2024(45)5
【摘要】为了研究钨球在高速撞击下的变形行为对侵彻效果的影响,对钨球侵彻半无限低碳钢靶进行试验研究,得到<1600 m/s冲击速度下钨球变形特征和靶板侵彻深度随冲击速度的变化规律。
在此基础上构建钨球侵彻塑性变形模型。
将钨球变形模型和球形空腔膨胀阻力模型相结合,建立钨球变形侵彻深度计算模型。
对比不同撞击速度下钨球变形侵彻模型、刚性侵彻模型的计算结果。
对比结果表明,变形侵彻模型能够更加准确地计算钨球对半无限靶的侵彻深度,计算结果与试验相比最大误差20%(正误差15%,负误差5%),精度较刚性侵彻模型提升42.86%。
【总页数】12页(P1625-1636)
【作者】刘铁磊;王晓锋;徐豫新;李永鹏;张健
【作者单位】北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室;高能量密度材料教育部重点实验室;北京理工大学重庆创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】TJ410.1
【相关文献】
1.钨球在侵彻装甲钢板中的变形分析
2.弹体低速侵彻陶瓷-混凝土复合靶体的侵彻深度计算模型
3.钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型
4.钨合金球形破片侵彻低碳钢的弹道极限速度计算模型
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球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析
球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析刘 昕1，邓勇军1,2*，彭 芸1，姚 勇1,2（1. 西南科技大学 土木工程与建筑学院； 2. 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室：绵阳 621000）摘要：低地球轨道航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击。
相较于正撞击，斜撞击现象更加普遍、更具研究价值。
文章采用Autodyn-3D 数值模拟软件，利用光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics, SPH ）方法，模拟Al2017-T4球形弹丸超高速斜撞击Al2A12薄板的过程，开展弹丸撞击速度为3～6 km/s 、撞击角度为0°～60°时的撞击特征仿真分析。
结果表明：撞击角度对碎片云形貌与几何尺寸，以及穿孔大小和形状特征有显著影响；当撞击角度为30°～45°时会发生滑弹反溅现象，造成弹丸侵彻能力下降。
研究结果可为超高速撞击防护结构的设计和改进提供支持。
关键词：空间碎片；球形弹丸；斜撞击；应力波传播；碎片云；仿真分析 中图分类号：V423.41; O347.3文献标志码：A 文章编号：1673-1379(2021)06-0615-10DOI: 10.12126/see.2021.06.002Simulation analysis of the characteristics of debris cloud and perforation caused by oblique hypervelocity impact of spherical projectile on a thin plate LIU Xin 1, DENG Yongjun 1,2*, PENG Yun 1, YAO Yong 1,2(1. School of Civil Engineering and Architecture, Southwest University of Science and Technology;2. Sichuan Provincial Key Lab of Shock and Vibration of Engineering Materials and Structures: Mianyang 621000, China)Abstract: The spacecraft in the low Earth orbit is vulnerable to the hypervelocity impact by micrometeoroids and space debris. Compared with the vertical impact, the oblique impact is more commonly found and worth more research effort for the hypervelocity impacts. In this paper, a numerical calculation is made with the Autodyn-3D software and the smooth particle hydrodynamics (SPH) algorithm to simulate the process of the Al2017-T4 spherical projectile impacting obliquely the Al2A12 plate at an ultra-high speed of 3 km/s to 6 km/s with an impact angle of 0° to 60°. It is shown that the impact angle has a significant effect on the morphology of the debris cloud, as well as on the size and the shape of the perforation hole. With an impact angle between 30° and 45°, the backsplash of the sliding projectile will occur, reducing the penetration ability of the projectile. The above results may provide some guidance for the design and the improvement of the protective structures against the inflight hyper-velocity impact.Keywords: space debris; spherical projectile; oblique impact; stress wave propagation; debris cloud;simulation analysis收稿日期：2021-07-11；修回日期：2021-11-13基金项目：国家自然科学基金项目（编号：12002293）；中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞中心开放基金项目（编号：20zd3147）引用格式：刘昕, 邓勇军, 彭芸, 等. 球形弹丸超高速斜撞击薄板的碎片云和侵彻特征仿真分析[J]. 航天器环境工程, 2021,38(6): 615-624LIU X, DENG Y J, PENG Y, et al. Simulation analysis of the characteristics of debris cloud and perforation caused by oblique hypervelocity impact of spherical projectile on a thin plate[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2021, 38(6): 615-624第 38 卷第 6 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 38, No. 62021 年 12 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 615E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544. All Rights Reserved.0 引言自20世纪以来，人类航天活动日益频繁，造成空间碎片数量急剧增加。
破片斜侵彻靶板弹道极限速度分析
弹箭与制导学报Z006年破片斜侵彻靶板弹道极限速度分析智小琦1!刘炜Z!陈秀文3!展婷变1!申孝立31中北大学太原030051Z山西江阳化工有限公司太原0300513二炮驻519厂军代室山西晋城04601Z!摘要"文中以球型破片为对象采用实验和仿真方法研究了钨球斜侵彻不同结构靶板时弹道极限速度随侵彻角的变化趋势研究表明钨球斜侵彻不同结构的靶板时弹道极限速度随侵彻角的变化规律具有相似性同时还研究了与钨球同质量同体积的钢球斜侵彻同一结构靶板时弹道极限速度随侵彻角的变化趋势得出了相应结论对于同一球型破片直侵彻能贯穿的靶板当侵彻角大于一定值时即使侵彻速度很高也无法贯穿直至破片碎裂嵌埋上述结论对战斗部威力设计弹靶作用最佳位置的确定都具有十分重要的意义!关键词"球型破片斜侵彻弹道极限速度!中图分类号"TJol2.3+l!文献标识码"AAnal y s i n g of Ballistic L i m iti n g Vel ocities of Fra g m entsPenetrati n g Tar g et w it h A An g leZ~I X i ao-C i1LI U W ei Z C~EN X i u-Wen3Z~AN T i n g-bi an1S~EN X i ao-li31Nort h uni versit y of Chi na T ai y uan030051Chi na Z Ji an gy an g che m ical li m iti n g co m p an y of ShanXiT ai y uan030051Chi na3The ar m y re p resentati ve a g enc y of second artiller y i n519f act or y Ji nchen g04601Z Chi na Abstract Thr ou g h t he test and i m itati on discover t he l a W of ballistic li m iti n g vel ociti es When t un g sten S p heres p ene-trate diff erent str uct ure tar g ets at diff erent an g l es.And on t he basis of t he test i m itate t he ballistic li m iti n g vel ociti es of steel s p heres Which have t he sa m e vol u m e or C ualit y W it h t un g sten s p heres When s p here-f ra g m ent p enetrate t he sa m e str uct ure tar g et at diff erent an g l es.And dra W t he corres p ondence concl usi ons F irst t he la W s t hat ballistic li m iti n g ve-l ociti es var y W it h p enetrati n g an g l es are si m ilar When f ra g m ents p enetrate diff erent str uct ure tar g ets S econd t he f ra g-m ent t hat can p enetrate tar g et verticall y can t p enetrate t he sa m e tar g et When havi n g bi g p enetrati n g an g l e even if it has hi g h vel ocit y.The y are ver y i m p ortant t o desi g n t he p o Wer of War head and l ocate eX p l odi n g of bo mbs and tar g ets.K e y words s p here-f ra g m ents decli ni n g p enetrati on ballistic li m iti n g vel ociti esl引言破片式战斗部是有效拦截武装直升机导弹及轻型装甲等目标的主要手段之一1随着科技的进步破片的形状已从单一的球形发展成多种形状如菱形立方体柱状等等但从破片的存速能力弹道极限速度考虑球形破片优于其它Z破片式战斗部毁伤目标时尤以破片飞散速度与目标表面垂直为最佳效果然而由于战斗部的飞行姿态战斗部与目标的相对位置横风等因素破片通常以一定角度与目标法线的夹角侵彻目标文中以球形破片为研究对象采用实验和ans y s LS-d y na仿真法分析了球形破片斜侵彻现象得出球型破片斜侵彻规律它对战斗部威力设计弹靶作用最佳位置的确定都具有十分重要的意义2钨球斜侵彻不同结构靶板的弹道极限速度实验与仿真2.l实验实验采用1Z.7mm弹道枪单发抛射钨球钨球结构材料密度17.6g c m3直径5mm质量约1.15g靶板结构10mm厚非金属复合层+10mmLy1Z铝板+5mmLy1Z铝板侵彻角004第Z 6卷第Z 期破片斜侵彻靶板弹道极限速度分析智小琦等与靶板法线的夹角 分别为00 Z 00 300 500 破片贯穿上述靶板后 背板 厚度为7mm 的Ly1Z 靶板 上均有一定程度的损伤 实验数据见表1表l 钨球弹道极限速度的实验结果侵彻角度V 50速度m s00910Z 00940300101050011702.2仿真计算采用ans y s LS-d y na 大型动力学软件仿真 靶板材料为Ly1Z 铝板 靶板厚度10mm 钨球结构与上述完全相同 侵彻角分别为00 Z 00 300 400 500 侵彻后钨球的剩余速度在30m s 50m s 范围内 侵彻过程见图1 弹道极限速度见表Z表2钨球弹道极限速度的仿真结果侵彻角度V 50速度m s00540Z 00564300610400670500790为了分析钨球斜侵彻不同结构的靶板时 弹道极限速度随侵彻角的变化规律见图Z 可见 由于实验与仿真所用的靶板结构不同 因而同一侵彻角对应的图1侵彻角400时钨球侵彻10mm铝板的过程图Z 实验与仿真弹道极限速度图弹道极限速度不同 但从弹道极限速度随侵彻角的变化趋势分析 两者的变化规律具有相似 其次钨球在斜侵彻靶板的过程中 弹道发生变化 离靶时的倾角小于入侵角3同体积!同质量的钨球与钢球斜侵彻弹道极限速度分析比较质量相同的钨球与钢球垂直侵彻同一靶板时 钨球的弹道极限速度远小于钢球 同样 体积相同的钨球与钢球垂直侵彻同一靶板时 钢球的速度远大于钨球 Z斜侵彻是否具有与直侵软件作了仿真研究 首先选用与Z .1中的钨球同体积 5mm 的钢球 其次选用与Z .1中的钨球同质量 1.15g 的钢球分别作斜侵彻 侵彻角分别为00 Z 00 300 400 500 侵彻过程见图3 图4 侵彻速度随侵彻角的变化趋势见图5 图6 从中可以看出 当侵彻角小于300时 斜侵彻具有与直侵彻相同的结论 但当侵彻角大于或等于400后 就同一靶板 直侵彻可以贯穿 而言 质量小或体积大球形破片 即使侵彻速度很高 也无法穿透靶板 直至破片碎裂嵌埋 3 这主要是因为速度大到一定值后 破片高速撞击靶板 其所受的动压大于本身的压缩强度极限所致 并且在侵彻过程中 破片的运动方向发生变化 可见直侵彻的结论不完全适用于斜侵彻 换言之 斜侵彻具有本身的特殊性图3与钨球同质量钢球的400侵彻过程图4与钨球同体积钢球500的侵彻过程图5同体积钨球 钢球弹道极限值图6同质量钨球 钢球弹道极限速度4结果分析1 同一球形破片 以同一侵彻角贯穿不同结构的靶板时 弹道极限速度不同 但是 弹道极限速度随侵彻角的变化规律却具有相似性 即不论靶板结构如何 侵彻角小于Z 00时 随着倾角的增大弹道极限速度增加缓慢 侵彻角大于300后 随着倾角的增大弹道极限速度增加比较明显 4Z 同体积或同质量的不同材料的球形破片 以同一倾角贯穿靶板时 所对应的质量愈小或体积愈大 其弹道极限速度愈大 当侵彻角大于一定值 如400 后 即使侵彻速度很高 也无法104弹箭与制导学报Z006年3球型破片斜侵彻时破片的运动方向发生变化首先破片进入靶板后斜度增加以后逐步恢复最后穿过靶板时离开靶板的角度比入射角小开始斜度增加的主要原因是靶体破片接触时的接触反力所决定的这种反力可以看作是流体压力作用在弹体上的升力分量以后恢复减小斜角的原因主要是靶体的破坏引起了弹体表面上所受的力重新分配而引起的35结论在实验的基础上用ans y s LS-d y na软件对球形破片斜侵彻现象作了仿真与分析结论表明侵彻角愈大破片能量损失愈大变形愈大弹道极限速度也愈大当侵彻角大于一定值后即使破片速度很高也无法贯穿靶板直至破片破裂埋嵌上述结论与3和4中斜侵彻结论相吻合可见弹靶交汇时破片飞散角度与目标法线方向夹角愈小破片能量损失愈少有效毁伤破片数量愈多战斗部威力愈大当侵彻角大于400时部分破片可能无法起到毁伤的作用!参考文献"1姜春兰陈放等.钨球对陶瓷铝复合靶的侵彻与贯穿J.兵工学报Z0011.Z智小琦.提高舰炮榴弹威力的技术探讨C.中国兵工学会弹药专业第31次年会论文集Z003.3钱伟长穿甲力学M.北京国防工业出版社1984.4北京工业学院八系爆炸及其作用M.北京国防工业出版社++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1979.#上接第399页$4结论采用立式激波管对几种碳氢燃料云雾直接起爆的临界起爆能和爆轰波胞格尺寸进行测定和分析同一种燃料气云的浓度不同临界起爆能也不同与当量比成U形曲线关系这几种燃料在当量比基本相同的条件下PO与空气混合物的临界起爆能最小癸烷的最大己烷C5C6和庚烷的则居中这主要是由于PO常温下具有较高的蒸汽压所致而I PN空气混合物的临界起爆能与其-O-NOZ官能团有密切关系实验结果表明环氧丙烷己烷C5C6庚烷癸烷的胞格尺寸依次增大环氧丙烷己烷C5C6庚烷胞格结构与气相类似其爆轰反应由气相控制而癸烷则为气液两相云雾爆轰液滴的碎解过程是控制反应速率的主要步骤!参考文献"1W.B.Benedick C.M.Guirao J.~.Lee etc.C riti-cal char g e f or t he direct i niti ati on of det onati on i ng aseous f uel-air m i Xt ures J.A I AA Pr o g.A str o-naut.A er onaut.1986106181Z0Z.Z F.Zhan g R.Akbar P.A.Thi bault etc.E ff ects of nitrates on h y dr ocar bon-air fl a m es and det onati onsJ.Shock W aves Z00110457466.3V.N.G a m e o D.D esbor des and E.S.O ran.For-m ati on and evol uti on of t Wo-di m ensi onal cell ul ar det onati ons J.Co mbusti on and F l a m es1999116154165.4K.T akeka Wa G.Kona g ano and T.Su g i mura.SA ne W a pp r oach on p r oducti on of a det onati on confi g-urati on b y a nu m erical calcul ati on J.T ransacti ons of t he Ja p an Soci et y of M echanical En g i neersZ00Z68Z55Z61.5R.A.S trehl o W.T ransverse Waves i n det onati ons .str uct ure and s p aci n g i n~Z-O Z CZ~Z-O Z CZ~4-O Z and C~4-O Z s y ste m s J.A I AA Jour nal19697349Z496.6范宝春.两相系统的燃烧爆炸和爆轰M.北京国防工业出版社1998.Z04。
基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟
基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟康德;严平【摘要】基于大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立三维长方体高速破片在水介质中运动的有限元动力分析模型,采用ALE方法对破片在水下运动过程进行流固耦合数值模拟,获得了破片的速度衰减曲线.研究了速度衰减规律、破片墩粗变形规律以及冲击波传播过程.得到高速破片的侵彻能力随速度的变化规律:当初速度大于910～1115 m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,水中侵彻距离随破片初速的增大而增大,当破片速度达到某临界值以后,侵彻距离将随初始速度的增大而逐渐减小.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2014(034)005【总页数】5页(P534-538)【关键词】流体力学;运动特性;ALE方法;高速破片;侵彻能力;水【作者】康德;严平【作者单位】海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】O351.2水下爆炸对目标的破坏除了冲击波作用，高速破片的作用也不可忽视。
爆炸产生的破片初始速度可以达到1 000m／s以上，具有很强的侵彻破坏能力［1］。
破片对典型水下目标结构的毁伤效果主要取决于破片在水中的运动特性和侵彻能力。
研究高速破片在水中的运动特性对于典型水下目标的抗破片侵彻能力设计具有重要意义。
水下物体的高速运动是一个复杂的多相流运动，涉及到大变形、高应变率。
由于理论分析的复杂性和实验研究的高成本，数值模拟以其经济性与高效性日益成为研究的重要手段。
本文中利用ANSYS／LS－DYNA有限元程序对速度在1 000～2 500m／s的立方体破片在水介质中的运动进行了数值模拟，得到了破片的速度衰减曲线，冲击波传播规律。
分析了破片墩粗变形规律及其对侵彻阻力的影响，得到了高速破片的侵彻能力随速度的变化规律。
其计算结果可为水中目标易损性分析提供有益的参考和依据。
球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟_温垚珂
ρ＝Ｊρ０ Ｅ＝ＶＳｉｊεｉｊ － （ｐ＋ｑ）Ｖ
（２） （３）
式中：σｉｊ，ｊ为柯 西 应 力；ｆｉ 为 单 位 体 积 力；¨ｘｉ 为 加 速
度；ρ，ρ０ 分别为当前密度和初始 密 度；Ｊ 为 体 积 变 化
率；Ｖ，Ｅ 分 别 为 现 时 构 形 体 积 变 化 率 和 能 量 变 化
率；εｉｊ为应变率张量；ｐ，ｑ 分 别 为 压 力 和 体 积 粘 性 阻
以 指 导 武 器 的 设 计 ．目 前 ，对 于 破 片 杀 伤 威 力 和 终 点 效应的实验研究和评定主要采用明胶靶标或生物实 验进行．明胶靶标的 物 理 响 应 与 生 物 体 的 肌 肉 响 应 相 似 ，更 容 易 进 行 终 点 效 应 的 瞬 时 拍 摄 和 测 量 ，故 在
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２７ 作者简介：温垚珂（１９８６－ ），男，博士研究生，研究方向为侵彻与冲击动力学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｙｋ２０１１＠１６３．ｃｏｍ．
数值方法可以在武器的设计阶段预测其终点效 应和杀伤威力，指 导 武 器 设 计，缩 短 产 品 研 发 周 期， 极 大 地 节 约 了 科 研 经 费 ．同 时 ，数 值 方 法 可 以 提 供 更 全面的数据并方便 地 再 现 侵 彻 过 程，有 助 于 更 好 地 揭 示 终 点 效 应 过 程 和 机 理 ．目 前 ，常 用 的 数 值 计 算 方 法主 要 有 Ｌａｇｒａｎｇｅ 法、Ｅｕｌｅｒ 法、ＡＬＥ（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｒｉａｎ）法 和 ＳＰＨ（Ｓｍｏｏｔｈｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）法．这 ４ 种 方 法 各 有 优 缺 点，对 于 破片侵彻明胶的问题到底哪种数值方法更准确更高 效，这 是 首 先 要 研 究 的．Ｌａｇｒａｎｇｅ算 法 主 要 用 于 固 体 结 构 的 应 力 应 变 分 析 ，以 物 质 坐 标 为 基 础 ，计 算 网 格与材料网格固连，因 此 能 够 非 常 精 确 地 描 述 结 构 边 界 的 运 动 ．但 该 方 法 在 处 理 大 变 形 问 题 时 ，容 易 导 致 网 格 畸 变 而 使 运 算 终 止［５］．Ｅｕｌｅｒ算 法 主 要 用 于 流体问题的分析及固体材料发生很大变形的情况， 以 空 间 坐 标 为 基 础 ，网 格 固 定 在 空 间 中 ，物 体 的 材 料 在 网 格 中 流 动 ．该 方 法 适 用 于 处 理 大 变 形 问 题 ，但 无 法准确描述物体的边界［６］．ＡＬＥ 算 法 可 以 处 理 整 个 物体有空间大位移 并 且 本 身 有 大 变 形 等 问 题，兼 有 Ｌａｇｒａｎｇｅ法 和 Ｅｕｌｅｒ法 的 长 处，计 算 网 格 可 以 独 立 于物质坐标系和空 间 坐 标 系 运 动．只 要 规 定 合 适 的 网格运动形式就可以准确地描述物体的移动界面， 并维持合理的单元形状．纯 Ｌａｇｒａｎｇｅ和 纯 Ｅｕｌｅｒ算 法实际上是 ＡＬＥ 算法的２个特例，即当网格的运动 速度等于物体 的 运 动 速 度 时 就 退 化 为 Ｌａｇｒａｎｇｅ算 法，而 当 网 格 固 定 于 空 间 不 动 时 就 退 化 为 Ｅｕｌｅｒ算 法．ＳＰＨ 算法是 一 种 无 网 格 算 法，由 于 克 服 了 有 限 元法对网格的依赖，因此能在 Ｌａｇｒａｎｇｅ格式下处理 大 变 形、裂 纹 扩 展 等 问 题．但 由 于 算 法 本 身 原 因， ＳＰＨ 法的计算效率往往不高，耗费时间较长 ． ［７，８］
典型靶后破片对明胶毁伤的数值模拟
２ ０ １ ５ 年０ ６月 文章编号 ：１ ０ ０ ３ — １ ４ ８ ０（ ２ ０ １ ５）０ ３ — ０ ０ ０ ５ — ０ ５
火 工 品 １ ＮＩ Ｔ Ｉ Ａ Ｔ Ｏ ＲＳ＆Ｐ Ｙ Ｒ０ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ ＮＩ ＣＳ
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２ ０ １ ５年第 ３ 期
典型靶 后破 片对 明胶毁伤 的数值模拟
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｊ ４ ５ ０ ． ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉｏ ｎ ｏ ｆ Ｔｙ ｐｉ ｃ ａｌ Ｂｅ ｈｉ ｎｄ Ａｒ ｍｏ ｒ Ｄｅ ｂｒ ｉ ｓ Ｐｅ ｎｅ ｔ ｒ ａ ｉｎｇ ｔ Ｇｅ ｌ ａ ｉｎ ｔ
ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｃ ａ ｖ ｉ ｙ ｔ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｎｄ ａ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｐ ｈ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｒｅ ａ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｒｅ ｇ ｒｄ ａ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｃ ａ ｖ ｉ ｙ ｔ ｉａ ｄ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎｄ ａ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ａ ｓ ｎｄ ｉ ｅ ｘ ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ， ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ
轻武器杀伤效能评估理论与计算
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钨合金球形破片侵彻陶瓷_DFRP复合靶的弹道极限速度_毛亮
图2
实验装置布置示意图
Fig． 2 Sketch map of experimental arrangement
第 13 期
毛亮等： 钨合金球形破片侵彻陶瓷 / DFＲP 复合靶的弹道极限速度
Tab． 2 Performance parameters of Al2 O3 ceramic 密度 －3 ρ c / （ g·cm ） 3． 75 声速 C c / MPa 10． 7 表3 Tab． 3 纤维种类 Dyneema SK75 断裂强度 σ bc / MPa 350 弹性模量 E c / GPa 316 维氏硬度 HV / GPa 1 206 雨贡纽弹性限 σ HEL / GPa 11
Abstract：
An experimental study on ballistic limit velocities （ v50 ） of tungsten alloy spherical fragment penetrating
ceramic / DFＲP composite target plates was performed． Firstly，tungsten alloy spherical fragments vertically impacting ceramic / DFＲP composite target plates with different thickness ratio was tested by using a ballistic gun equipment． According to the ballistic experimental results，the relationship between ballistic limit velocity （ v50 ） and area density （ AD） of composite target was obtained． Secondly，using the dimensional analysis method and the similarity theory，the simulation law of tungsten alloy spherical fragments penetrating ceramic / DFＲP composite target plates was studied． Based on the above results，the empirical formula of the ballistic limit velocity v50 was built． The predicted values using the empirical formula agreed well with the experimental results． The study results were valuable for optimally designing fragment warheads and light armor protective structures． Key words： polyethylene fiber 现代高科技战争对武器系统的机动性及防护能力 传统的单一均质金属装甲由于受到固 要求日益提高， 有结构的限制， 已不能满足现代武器装备发展的需要， 各种非金属复合装甲由于其良好的综合性能而成为现 代装甲的主要防护结构
球形破片侵彻明胶的瞬时空腔模型
ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ ｂ ａ ｌ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｊ ｕ ｒ ｙ ．Ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｏ ｒ ａ ｒ ｙ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ
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破片侵彻金属薄板后的剩余速度研究
破 片 侵 彻 金 属 薄 板 后 的剩 余 速 度 研 究
熊 冉， 高 欣 宝 ， 许 兴 春， 张 俊 坤
（ 军械工程学 院 弹药保 障与安全性评估军 队重点实验室 ， 石家庄 ０ ５ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要： 为研 究不 同形状破 片穿透 薄板后 的剩余速度 ， 结合相 关模 型 ， 通 过对破 片截面和 头部 形状等 影响
ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｆ ｒ ａ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ｗ ａ ｓ ｏ ｂ ｔ ｍｎ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｎ ｕ — ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｏ ｕ ｇ ｈ，Ｓ Ｏ ｗｈ ｉ ｃ ｈ Ｆ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ
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弹丸侵彻明胶靶标的毁伤参数获取方法
弹丸侵彻明胶靶标的毁伤参数获取方法
弹丸侵彻明胶靶标的毁伤参数获取方法
郭凯
【摘要】摘要:为准确获取枪弹对明胶靶标的毁伤参数,采用基于改进型自适应均值滤波、二值化轮廓跟踪法的数字图像预处理技术,实现了被侵彻明胶靶标正交图像的空腔轮廓线提取;采用基于去除伪轮廓线、多项式拟合、切线斜率差去尖角、椭圆截面法的三维建模技术,建立了毁伤空腔模型。
以高速摄影系统拍摄的弹丸侵彻明胶靶标图像为实例,对模型进行了验证,计算出了3个重要毁伤参数,即弹丸侵彻最大瞬时空腔体积、窄伤道长度、动能传递量,为枪械杀伤效能评估研究提供了一种可行方法。
【期刊名称】弹道学报
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】6
【关键词】关键词:弹丸;侵彻;毁伤参数;三维建模;数字图像处理;明胶靶标
枪械是我军应用最为广泛的武器装备之一,其主要功能是对作战人员等有生目标实施动能侵彻杀伤[1]。
枪弹对明胶靶标的毁伤参数是衡量枪弹杀伤效能的重要指标,主要包括:弹丸侵彻最大瞬时空腔体积、窄伤道长度、动能传递量3个方面。
目前,国内针对枪弹杀伤效能评估方面开展了很多理论和实验方面的研究,在数值仿真计算和图像处理等领域取得了一定的成果[1-6]。
但是,在弹丸侵彻明胶靶标毁伤参数获取方面,文献[3-5]采用Gauss滤波、最大熵等方法和原理进行图像增强,存在不能保护图像轮廓线细节信息的缺陷。
文献[6]采用水平集等方法进行图像分割,存在不能去除伪轮廓的现象。
本文在详细分析高速摄影系统拍摄到的枪弹侵彻明胶靶标图像基础上,提出改进。
手枪弹侵彻明胶靶标特性的实验研究
手枪弹侵彻明胶靶标特性的实验研究黄珊;徐诚;温篧珂;豆恂【摘要】In order to reveal the injury mechanism to human body from a pistol cartridge,the characteristics of pressure wave and the temporary cavity in the process of pistol cartridge penetrating gelatin were studied by a pressure and high-speed photography comprehensive testing system.In this study,4 ℃,10% concentration ratio,size of 350 mm × 250 mm ×175 mm gelatin was used as target;9 mm 92A pistol cartridge was used as a killing element.Three groups of pressure wave data and cavity images were obtained in 15 m shooting range.The following conclusions could be made from the experiments.① The pressure wave generated two spike waves,which was similar to a rifle bullet's waveform.The first wave was caused by pistol cartridge impacting gelatin targets with high speed,and the second was caused by its quickly rolling and releasing energy.The second was higher than the first.The maximum amplitude was about 12 MPa.② The maximum diameter of the temporary cavity was about 73 mm at 4 000 μs,then it contracted and expanded again,the second maximum diameter was about 64 mm at 9 600 μs,and it reduced by 12%.③ The diameter of the temporary cavity caused by the pistol cartridge was attenuating as half sine wave curve with the penetration time,in line with the experience formula D =A·ΔE·sin(ωt)and the coefficient was obtained as:A1 =0.05,A2 =0.04,and ω=900.%为揭示手枪弹对人体的致伤机理，利用压力和高速摄影综合测试系统实验研究手枪弹侵彻明胶过程中压力波和瞬时空腔的特性。
球形破片侵彻明胶运动模型及破片参数敏感性分析
球形破片侵彻明胶运动模型及破片参数敏感性分析
蒋明飞;陈莉;刘坤;赵磊;吴志林
【期刊名称】《国防科技大学学报》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】为揭示球形破片对人体组织致伤机理,以明胶作为人体组织的替代物,基于动态空腔膨胀理论,考虑球形破片未完全侵入阶段的速度衰减,建立了球形破片侵彻
明胶的分段运动理论模型,研究了球形破片侵彻明胶的运动规律。
通过钢球和钨球
侵彻明胶的实验验证了模型的正确性,求解了模型中的最优阻力系数。
分析了理论
计算过程中的误差来源,并推导得到了无量纲侵彻深度的表达式。
利用Sobol′法进行了球形破片参数(直径、密度和速度)对侵彻深度影响的敏感性分析。
结果表明:运动模型能够较好地模拟球形破片的运动规律;低密度的球形破片在未完全侵入阶段
的速度衰减不能忽略;球形破片参数对侵彻深度影响的敏感性由高到低依次是速度、密度和直径。
【总页数】9页(P170-178)
【作者】蒋明飞;陈莉;刘坤;赵磊;吴志林
【作者单位】南京理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O385
【相关文献】
1.长方体破片侵彻明胶的运动模型与实验研究
2.球形破片侵彻明胶的瞬时空腔模型
3.球形破片高速侵彻明胶靶标的数值模拟
4.球形破片侵彻明胶修正力学模型
5.球形破片侵彻明胶的瞬时空腔简化模型
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基于瞬时空腔效应的明胶靶标与肌肉目标等效性研究
基于瞬时空腔效应的明胶靶标与肌肉目标等效性研究金永喜;买瑞敏;张敬敏;周克栋;曾鑫;崔海林;袁瑞【摘要】明胶靶标作为肌肉目标模拟物被广泛应用于瞬时空腔效应相关理论和实验研究,建立明胶靶标与肌肉目标瞬时空腔效应的等效关系,对明胶靶标的推广应用具有重要意义.分析了瞬时空腔形成的物理过程,找出了影响瞬时空腔尺寸的主要物理参数;利用相似理论推导出瞬时空腔效应的相似准则方程,并基于不同靶标实验数据求解出方程系数,从而建立了明胶靶标与肌肉目标的空腔效应等效模型;通过球形破片侵彻猪后腿的实验验证了该等效模型的准确性,模型预测的最大瞬时空腔直径与实验相对误差小于4.0％.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2014(035)006【总页数】5页(P935-939)【关键词】兵器科学与技术;明胶;肌肉;瞬时空腔;相似理论【作者】金永喜;买瑞敏;张敬敏;周克栋;曾鑫;崔海林;袁瑞【作者单位】中国兵器工业第208研究所,北京102202;中国兵器工业第208研究所,北京102202;中国兵器工业第208研究所,北京102202;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;中国兵器工业第208研究所,北京102202;中国兵器工业第208研究所,北京102202【正文语种】中文【中图分类】TJ012.4瞬时空腔是弹头、破片等高速杀伤元侵彻机体过程中产生的主要物理现象。
瞬时空腔体积、最大直径等典型特征量是判定杀伤元杀伤效能的重要依据。
明胶靶标是一种均匀、透明的粘弹性介质,其瞬时空腔的物理响应不但与生物组织接近,而且便于采用高速摄影技术直接拍摄其演化过程。
因此,明胶靶标作为肌肉组织模拟物被广泛应用于瞬时空腔效应的相关理论和实验研究。
瞬时空腔效应自20世纪40年代被提出以来,一直是创伤弹道学领域的研究重点,主要研究工作分为两个方面:一是从创伤医学方面[1-2]研究瞬时空间对肌肉目标的损伤机理;二是从终点弹道领域研究明胶内瞬时空腔效应与杀伤元特征量间的量效关系,并对杀伤效应进行评估。
高应变率下弹道明胶的本构模型研究
高应变率下弹道明胶的本构模型研究温垚珂;徐诚;陈爱军【摘要】为了更好地进行枪弹和破片终点效应的数值模拟工作,综述了弹道明胶物理性质的实验研究现状;分析了应变率相关超弹性本构模型和流体弹塑性本构模型的特点,结合相关实验数据推导得到了弹道明胶的状态方程系数;进行了球形杀伤元高速侵彻弹道明胶的实验,并建立了对应的有限元模型;两种不同本构模型得到的数值结果与实验数据的对比表明,在高应变率下流体弹塑性本构模型能更好地模拟弹道明胶响应.弹道明胶虽然是一种应变率敏感材料,但在高应变率下由高压导致的材料可压缩性占主导,其物理响应可以用一定形式的动载本构关系(流体弹塑性本构)予以近似.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】6页(P128-133)【关键词】兵器科学与技术;弹道明胶;应变率;流体弹塑性;数值模拟【作者】温垚珂;徐诚;陈爱军【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学理学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O347.3弹道明胶被广泛应用于枪弹和破片终点效应的实验研究中。
它是由明胶粉末和水按一定比例混合后经特殊工艺制成的一种物理响应类似肌肉的高分子材料[1]。
弹道明胶按所含明胶质量百分比分为10%和20%两种类型,其中质量分数10%的明胶由于与肌肉的性质更相近,因此在国内外终点效应的研究中应用更广泛[2]。
随着有限元技术的快速发展,数值计算方法开始应用于终点效应的研究与评判中。
要进行合理正确的数值分析,首先要了解弹道明胶的物理特性并采用合适的本构模型来描述其物理响应。
Cronin等[2-4]、Salisbury等[5]采用自制的实验装置对质量分数10%弹道明胶(下文统称10%弹道明胶)从低应变率到高应变率(0.01～1 550 s-1)的应力应变响应进行了研究,实验表明弹道明胶是一种对应变率和温度较敏感的材料。
弹头侵彻明胶的运动模型
弹头侵彻明胶的运动模型刘坤;吴志林;徐万和;莫根林【摘要】To research the motion of a bullet into the muscular tissue, the gelatin was used to simulate the muscular tissue. Based on the propertiesof the gelatin, a two-dimensional motion model was established for the projectile penetrating the gelatin in which reflecting the difference between attack angle and yaw angle. And the bullet motions in the horizontal and vertical directions -were taken into account in the established motion model. Based on the Runge-Kutta method, the motion model was calculated by choosing the ordinary bullets with the diameters of 7, 62 and 5. 80 mm, respectively, as killer elements. The calculated results were compared with the corresponding experimental results. Comparisons show lhat the two-dimensional motion model can describe the motion of the bullets penetrating the gelatin accurately. And the motion model established is of a certain commonality and can provide a theoretical reference for the ammunition design and the wound treatment.%为探讨弹头在肌肉组织中的运动规律,以明胶作为组织模拟物,结合明胶力学性质,在区别攻角和偏角的情况下,建立同时考虑水平和垂直方向弹头侵彻明胶的二维运动模型.以7.62 mm普通弹和5.8mm普通弹为杀伤元,根据龙格-库塔法原理对运动模型进行数值计算.同时,对2种弹丸侵彻明胶实验数据进行了对比分析.分析结果表明,该二维运动模型能够准确合理的描述2种弹丸侵彻明胶的运动过程,具有一定通用性,可为弹药设计和战伤救治提供理论参考.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】7页(P616-622)【关键词】爆炸力学;运动模型;龙格-库塔法;弹头侵彻明胶【作者】刘坤;吴志林;徐万和;莫根林【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O385明胶作为创伤弹道研究中一种常见的肌肉组织模拟物，具有与肌肉组织非常相似的粘弹性性质，且均匀透明，可直接观察内部空腔变化，因此成为轻武器杀伤效能评估和创伤弹道研究的标准介质之一［1－3］。
步枪弹侵彻明胶的表面受力模型
步枪弹侵彻明胶的表面受力模型
莫根林;吴志林;冯杰;刘坤
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2014(035)002
【摘要】为研究步枪弹侵彻明胶的平移、翻滚规律,提出了弹头侵彻过程中的表面受力模型即迎风面上的每个微元受到动态压力和材料阻力的作用.通过对弹头表面压力的数值积分,可得到弹头所受的合力和合力矩.在此基础上利用4阶龙格-库塔法求解由刚体质心运动方程和欧拉运动方程组成的弹头运动方程,得到了弹头侵彻明胶时位移、姿态随时间的变化规律.以7.62 mm步枪弹侵彻明胶的实验对表面受力模型进行了间接验证,弹头质心位移和平面投影角度的实验数据和理论预测值误差较小,表明该模型可用于预测刚性步枪弹的表面受力,从而适用于预测弹头侵彻明胶的平移、翻滚规律.
【总页数】6页(P164-169)
【作者】莫根林;吴志林;冯杰;刘坤
【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】O347
【相关文献】
1.某步枪弹侵彻明胶杀伤特性仿真研究 [J], 苑大威;王雪皎;李坤;聂为彪
2.某步枪弹侵彻明胶杀伤特性仿真研究 [J], 苑大威;王雪皎;李坤;聂为彪;;;
3.步枪弹对带软硬复合防护明胶靶标的侵彻机制研究 [J], 韩瑞国; 金永喜; 卢海涛; 王舒; 王建中
4.步枪弹侵彻明胶的空间弹道模型和实验研究 [J], 莫根林;金永喜;王雪娇;李忠新;吴志林
5.典型小口径步枪弹侵彻明胶时空腔演化规律的实验研究 [J], 黄珊;徐诚;温垚珂;豆恂
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ｍｌＴｌ、
ａ（∑ｒ２。）／Ｏａ・＝０
０＝ｌ
ａ（∑－２）／Ｏａｚ＝０
万方数据
７５８
南京理工大学学报
ｍｍ
第３６卷第５期
６４ ｍｍ、６４．８
３种口径球形破片，其中４，３
通过查阅国外文献获得粘性力系数ｃ。一般 在３
０００—１０
０００范围内¨’１０ Ｊ，采用最小二乘法对
粘性阻力系数ｃ。进行计算，并以位移一时间关系 作为评定标准，得到位移一时间函数残余误差平 方和最ｅｌ，Ｈｅ的粘性阻力系数如表３所示。 表３纠ｎｌｌｎ球形破片位移误差方程
极值点（粘性阻力系数）
最可信赖值应在使残余误差平方和最小的条件下 求得，因此，当误差最小时，其应满足条件：
性液体边界层包围，即存在一薄层粘性流体，因 此，建立力学模型前引入如下假设：
（Ｉ）明胶为不可压缩流体【ｌ训； （２）明胶与应变率无关； （３）球形破片在明胶中所受到的力包括惯性 阻力、粘性阻力和明胶抗力。 Ｉ．２力学模型 球形破片在明胶中的运动如图１所示。在球
对球形破片侵彻明胶的力学模型展开研究。Ｄｚ－ ｉｍｉａｎ【６‘８’认为球形破片侵彻明胶过程由Ｐｏｎｃｅｌｅｔ
理性和准确性。结果表明，修正后的力学模型能够更准确地描述３种口径球形破片侵彻明胶的 关键词：球形破片；侵彻明胶；修正力学模型；明胶抗力
中图分类号：０３５７．１ 文章编号：１００５—９８３０（２０１２）０５—０７５５—０７
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ
ＬＩＵ （Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｆｒａｇｍｅｎｔｓ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｇｅｌａｔｉｎ
ａ
ｎｅｗ
ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ
ｏｎ
ｉｓ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｍｏｄｅｌ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ａｒｅ
ｔｈｒｅｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ
ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
摘要：为了弥补球形破片侵彻明胶力学模型仅考虑惯性阻力和粘性阻力的局限性．该文在现
有模型中引入明胶抗力，得出同时考虑３种阻力的修正模型。以６４ ｌｎｎｌ球形破片为杀伤元，根 据最小二乘法原理计算参数，确定了最佳的惯性阻力系数和粘性阻力系数。通过与４，３
ｍｍ、
６４ ｍｍ、６４．８
运动过程。
ｍｍ
３种口径球形破片侵彻明胶试验数据的对比分析，验证了模型参数选取的合
收稿日期：２０１１—０７—１４
修回日期：２０１２—０３一叭
基金项目：国家９７３计划资助项目（６１３１０４）；江苏省博士研究生科研创新培养基金（ＣＸＬＸｌ ｌ＿０２７３）；南京理工大 学优秀博士论文培养基金 作者简介．－；０１坤（１９８６一），男，博士生，主要研究方向：创伤弹道理论模型，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｋｕｎ５１５＠ｙａｈｏｏ．Ｃ０１ＴＩ．ｃｎ；通讯作 者：吴志林（１９６７一），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：自动武器及其弹药的设计理论，
由ＩＲ夕Ｉ－现有研究结论可知［９，１８］，惯性阻力系 数、粘性阻力系数与球形破片直径的关联度较低，
ｒ２。＋ｒ２２＋．．．＋ｒ：＝∑ｒ２（最小）
￡＝ｌ
（７）
基本不随破片直径改变，因此惯性阻力系数Ｃ。 取为０．３５，粘性力系数Ｃ。取为４３１６。
因此，对残余误差的平方和∑ｒ；求导数，并令其
为０，则有
３结果分析与讨论
ｍｍ
ｍｍ
３．１郝ｌｌｌｌｎ球形破片数值计算结果与试验对比
分析 第１发４，３ ｍｍ球形破片侵彻明胶运动过程 如图４所示。
和６４．８ ｍｍ各２发，６４
ｌ发，各口径球形破
片具体参数如表４所示；采用４℃，配比为１０％ 明胶作为靶标（尺寸为３５０
２００ ｍｍ×２５０
ｍｍ×
ｍｍ）。本试验采用高速摄像机进行拍摄，光
Ｋｕｎ，ＷＵ Ｚｈｉ—ｌｉｎ，ＸＵ Ｗａｎ—ｈｅ，ＭＯ Ｇｅｎ－ｌｉｎ
ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ
２
１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｇｅｌａｔｉｎ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｎｌｙ，ｔｈｅ ｇｅｌａｔｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ
分可得：
Ｘ＝Ｃ２＋
吨ｍ叫ｃｏｓ【肾卜一１一口丽２
２口ｌ
】］
（２）
式中：ｘ为侵彻距离；ｆ为侵彻时间；Ｃ。、Ｃ：为积分
常数。
万方数据
总第１８６期
刘坤吴志林徐万和莫根林球形破片侵彻明胶修正力学模型
７５７
肚击卜勘山［纛卜ｈｆｃｏｓ降小ａｒｃ…［纛］］］］（３，
秽（ｔ）＝——～———————』—』—ｉ—』Ｌ——Ｌ————————一 根据初始条件夥（０）＝‰，可得球形破片在明胶中
质，引入明胶抗力的影响，以妒ｍｍ球形破片为
杀伤元，根据最小二乘法原理确定最佳惯性阻
力系数和粘性惯性阻力系数；并与∞ｍｍ、辨ｎ啪、 婵．８ ｍｍ口径球形破片侵彻明胶试验数据进行
对比分析，力求建立考虑惯性阻力、粘性阻力与明 胶抗力的完整力学模型，为弹药设计提供理论 指导。
ＭＰａ）…。
令口ｌ＝÷筇ｃＤ；ｎ２＝Ｃｖｓ；口３＝Ａ盯ｙ，由式（１）积
强度取决于特征速度。低速状态下，球形破片 因受到明胶抗力，运动停止，此时明胶抗力不可 忽略。可见，现有研究主要集中考虑明胶受惯 性阻力和粘性阻力两种阻力作用的情况，同时
根据粘性流体力学可知惯性阻力与速度的平
方成正比，粘性阻力与速度成正比【１ ３｜。根据牛顿 第二定律可得球形破片侵彻明胶过程其受力情况 可描述为：
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
ｔｏ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｕｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ
０４
ｍｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ
ａｓ
ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
阻力系数，妒姗球形破片基本参数如表１所示。
表１中ｄ为球形破片直径，％为球形破片初速。
表１球形破片基本参数
２．１惯性阻力系数的确定 根据Ｓｔｕｒｄｉｖａｎ和Ｓｅｇｌｅｔｅｓ等人对球形破片的 研究以及国外进行的球形破片侵彻明胶实验，一般 惯性阻力系数Ｃ，，在０．２～０．４范围内‘１’１０・¨＇１５’１６１。 为了更好地建立球形破片侵彻明胶的力学模型，采 用最小二乘法对惯性阻力系数Ｃ。进行计算。其 误差方程为ｍ］ ■＝ｙ。一％（ａｌ，ａ２） 式中：Ｙｉ为ｉ贝０量值，Ｙ。为理论值。 根据最小二乘法基本原理，惯性阻力系数的 （６）
Ｉ．Ｉ基本假设 明胶是高密度各向同性粘弹性介质（Ｐ明胶一
８２２ｐ夺气），具有触变性，其在一定压力下发生液
化。因此，球形破片பைடு நூலகம்彻明胶过程中，其周围由粘
言这种惯性作用体现为惯性阻力¨‘５’；由于明胶
的粘性，在破片周围形成“边界层”，使其运动过 程中受到粘性切应力作用，亦即产生表面摩擦 力，体现为粘性阻力；明胶自身有抵抗破坏的能 力，体现为明胶抗力。近几十年来，许多学者已
，、一口：＋～／二乙丽ｔａｎ［÷（一挚）ｃ＋ｃ，～／二：丽］
的运动速度为
ｋ
（４）
ｍ，：塑坐！：譬生！：？盎）］
２．２粘性阻力系数的确定
（５）
由于球形破片在明胶中运动速度是利用平均
２力学模型参数的确定
选取４，４ ｎｑｌ＇ｌｑ口径球形破片为杀伤元，根据最小 二乘法原理，对惯性阻力系数Ｃ。和粘性阻力系数 Ｃ。进行计算，最终确定合理的惯性阻力系数和粘性
第３６卷第５期 ２０１２年１０月
南京理工大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．３６ Ｎｏ．５ ０ｃｔ．２０１２
球形破片侵彻明胶修正力学模型
刘
坤，吴志林，徐万和，莫根林
（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４）
电靶测量球形破片靶前速度和靶后速度，其试验 方案和现场图分别如图２、３所示。
表４各口径球形破片参数
（ｃ）１．８
ｍｓ
（ｄ）２．４ ｍｓ
图４第１发∞ｌｎｌｎ球形破片侵彻明胶运动过程图
Ｚ▲Ｔ●●●Ｌ
ｆ
图２试验方案
由图４可见，破片最终停留在明胶靶标内。 破片入靶速度为６９６ ｍ／ｓ，图５（ａ）和（ｂ）分别给 出其速度一时间、位移一时间曲线。由图５（ａ）可 知，终点速度理论值为１７．５ ｍ／ｓ，在明胶中运动 时间为２．５ ｍｓ，实测终点速度为５ ｍ／ｓ，则速度差 为１２．５ ｍ／ｓ。由图５（ｂ）可知，终点位移理论值为
ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｌａｔｉｎ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ；ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｇｅｌａｔｉｎ；ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ；ｇｅｌａｔｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ