破片高速侵彻中厚背水钢板的剩余特性
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ １ ． 海军工程大学舰船工程 系， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ； ２ ． 中 国舰 船 研 究 设 计 中 心 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ４ ）
摘要： 为 探 讨 破 片 高速 侵 彻 中厚 背水 钢 板 的 剩 余 特 性 ， 通 过弹道实验 ， 分 析 了弹 体 和 靶 板 的 破 坏 模 式 ， 比 较 了破 片侵 彻垂 直 和 倾 斜 背 水 钢 板 后 的 瞬时 余 速 和运 动 轨 迹 ， 以及 由此 引 起 的初 始 冲击 波 的压 力 特性 。结 果 表 明， 破片在高速侵彻下 ， 头 部 产 生 了严 重 的镦 粗 变 形 ， 钢板背后 水介质 的动支撑作 用不容忽视 ； 背 水 钢 板 的 破 坏 模 式 主要 为 剪 切 冲 塞 破 坏 ， 背 弹 面 穿孔 存 在 绝 热 剪 切 效 应 ； 破 片穿透背水 钢板初期 ， 会产生 空泡和射 流 ， 空 泡 大 小 和 射 流 强度 与 破 片 入 水 初 速 有 关 ， 而 空 泡 形 状 和 射 流 方 向 则 受 背 水 钢 板 的倾 斜 角 度 影 响 ； 破 片 穿 透 背水钢板后 ， 在 水 中 的运 动 轨 迹 会 发 生 偏 转 ， 偏 转 方 向与 破 片入 水 初 速 有 关 ； 由于 水 介 质 的动 支 撑 作 用 和 动 能
第３ ７卷
第 ６期
爆
炸
与
冲
击
Ｖｏ １ ． ３７。 Ｎ ｏ ．６
ＮＯ Ｖ．， ２Ｏ １７
２ ０ １ ７ 年 １ １月
Ｅ ＸＰ Ｌ０Ｓ １ ０Ｎ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｗ ＡＶＥＳ
破 片 高速 侵 彻 中厚 背水 钢 板 的剩 余 特 性
陈长海 ， 侯海量 ， 张元豪 ， 戴文喜 ， 朱 锡 ， 方志威
＊
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ — ０ ４ — １ ２ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ６ — ０ ９ — ０ ６
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ５ １ ４ ０ ９ ２ ５ ３ ， ５ １ ４ ７ ９ ２ ０ ４ ） 第 一 作 者 ：陈 长 海 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 博士 ， 讲师 ， ｃ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｏ ７ ４ ６ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
１ 实验 设 计
实 验采用 １ ５ ｍｍ 口径 滑膛 弹 道枪 ， 通过 火药 发射 。破 片初 速 采用 激 光测 速 系 统 （ １ 和 ２ 光幕 靶 ） 得 到 。实验 弹丸 采用 质量 ３ ． ３ ｇ 、 边长 ７ ． ５ ｍｍ 的立 方体 破 片 。破 片材 料 为经 淬火 处 理 的 ４ ５ 钢 。实验 靶板 为 ５ ｍｍ 左 右 的 Ｑ２ ３ ５船用 低碳 钢 。为模 拟破 片垂 直 和斜侵 彻背水 钢 板 的情 形 ， 制 作 了垂 直 ９ ０ 。 和 倾斜 ６ Ｏ 。 两种水 箱 结构 ， 分别 如 图 １ ～２所 示 。
耗散效应 ， 破 片 穿 透 背 水 钢 板 后 的 动能 损 失 要 大 于 穿 透 背 空 钢 板 的 情 形 ； 水 中初 始 冲 击 波 的 压 力 特 性 应 考 虑
稀 疏 波 的影 响 ； 相同初速下 ， 破 片侵 彻 垂 直 背 水 钢 板 引 起 的初 始 冲击 波 的峰 值 压 力 较 侵 彻 倾 斜 背 水 钢 板 要 大 。 关 键 词 ：高 速 侵 彻 ； 背水 钢板 ； 剩余特性 ； 初 始 冲 击 波
板 的破 坏模 式 以及破 片 穿透 背水 钢板后 的瞬时余 速 等方 面 ， 探 讨破 片 高速 侵 彻倾 斜 和 垂 直 背水 钢 板 后
的剩余 特性 的差 异 ， 力 图揭示 中厚 背水 钢板 的抗 高速 侵彻 机理 ， 为后 续 的理论 分析 和数值 模 拟研究 提 供
数 据支 撑 。
典等［ ８ ］ 针对 高 速破 片侵彻 液舱 问题 也 开展 了大量 研 究 。通过 分 析 可 知 ， 目前 针 对破 片侵 彻 液舱 问题 的 研 究 大多集 中于穿 透背 水钢板 后 引起 的水 锤效 应 ， 对 于破 片穿 透后 的剩 余特性 研 究较少 ， 且 研究 对象 大 多 为垂 直背 水 薄板 。本 文 中通过 弹道 实验 ， 分析 破 片高速 侵彻 中厚 背水 钢板后 的剩余 特性 ， 从 弹体 和靶
中 图分 类 号 ： Ｏ３ ８ ５ 国标 学科 代码 ： １ ３ ０ ３ ５ 文 献标 志 码 ： Ａ
液舱 结构 在 弹丸侵 彻 下 的动态 响应 问题 近年来 受 到工程 界广 泛关 注 。战斗 部接 触爆 炸会 产生 大量
高速 破 片 ， 对舰 船 舷侧 防护 液舱 结构 的侵 彻会 造成 严 重毁 伤 。针 对 高速 弹 体侵 彻 液 舱 结构 的破损 问题 已开 展 了大量 研究 工作 。Ｊ ． Ｈ． Ｍｃ Ｍｉ ｌ ｌ ｅ ｎ等ｎ 早在 ２ Ｏ世纪 ４ Ｏ年代 就 针对 弹 体入 水 冲击 波 传 播 等 问题 通过 实验 进行 了分 析 。Ｄ ． Ｔｏ ｗｎ ｓ ｅ ｎ ｄ等［ ２ 则 结合 实验 对高 速破 片侵 彻薄 壁水 箱结 构 引起 的水 锤 效应 做 了细 致 的研 究 ， 并 提 出了衰 减 冲击 波 压力 的初 步构想 。随后 ， Ｒ ． Ｊ ． Ｄ ｉ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ｅ 等 通 过实 验 分析 了钢质 和 铝 质 球形 弹丸 穿透 背水 薄铝 板后 在水 中引起 的水锤 效应 。Ｄ． Ｖａ ｒ ａ ｓ 等 则 从压 力变 化 和管壁 变形 等 方 面对 球形 弹丸 侵 彻 注 水 方 管 引起 的水 锤 效 应 进 行 了研 究 ， 并 分 析 了注 水 液 面 的 影 响 。Ｅ ． Ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｍｂ ｅ 等＿ ５ 比较 了密 闭和 敞开 水箱 两种 情形下 水 锤效应 引起 的冲击 波压力 差异 。沈 晓乐 等 ｌ ＿ ６ ］ 、 徐 双喜 等［ ７ ］ 、 李
摘要： 为 探 讨 破 片 高速 侵 彻 中厚 背水 钢 板 的 剩 余 特 性 ， 通 过弹道实验 ， 分 析 了弹 体 和 靶 板 的 破 坏 模 式 ， 比 较 了破 片侵 彻垂 直 和 倾 斜 背 水 钢 板 后 的 瞬时 余 速 和运 动 轨 迹 ， 以及 由此 引 起 的初 始 冲击 波 的压 力 特性 。结 果 表 明， 破片在高速侵彻下 ， 头 部 产 生 了严 重 的镦 粗 变 形 ， 钢板背后 水介质 的动支撑作 用不容忽视 ； 背 水 钢 板 的 破 坏 模 式 主要 为 剪 切 冲 塞 破 坏 ， 背 弹 面 穿孔 存 在 绝 热 剪 切 效 应 ； 破 片穿透背水 钢板初期 ， 会产生 空泡和射 流 ， 空 泡 大 小 和 射 流 强度 与 破 片 入 水 初 速 有 关 ， 而 空 泡 形 状 和 射 流 方 向 则 受 背 水 钢 板 的倾 斜 角 度 影 响 ； 破 片 穿 透 背水钢板后 ， 在 水 中 的运 动 轨 迹 会 发 生 偏 转 ， 偏 转 方 向与 破 片入 水 初 速 有 关 ； 由于 水 介 质 的动 支 撑 作 用 和 动 能
第３ ７卷
第 ６期
爆
炸
与
冲
击
Ｖｏ １ ． ３７。 Ｎ ｏ ．６
ＮＯ Ｖ．， ２Ｏ １７
２ ０ １ ７ 年 １ １月
Ｅ ＸＰ Ｌ０Ｓ １ ０Ｎ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｗ ＡＶＥＳ
破 片 高速 侵 彻 中厚 背水 钢 板 的剩 余 特 性
陈长海 ， 侯海量 ， 张元豪 ， 戴文喜 ， 朱 锡 ， 方志威
＊
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ — ０ ４ — １ ２ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ６ — ０ ９ — ０ ６
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ５ １ ４ ０ ９ ２ ５ ３ ， ５ １ ４ ７ ９ ２ ０ ４ ） 第 一 作 者 ：陈 长 海 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 博士 ， 讲师 ， ｃ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｏ ７ ４ ６ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
１ 实验 设 计
实 验采用 １ ５ ｍｍ 口径 滑膛 弹 道枪 ， 通过 火药 发射 。破 片初 速 采用 激 光测 速 系 统 （ １ 和 ２ 光幕 靶 ） 得 到 。实验 弹丸 采用 质量 ３ ． ３ ｇ 、 边长 ７ ． ５ ｍｍ 的立 方体 破 片 。破 片材 料 为经 淬火 处 理 的 ４ ５ 钢 。实验 靶板 为 ５ ｍｍ 左 右 的 Ｑ２ ３ ５船用 低碳 钢 。为模 拟破 片垂 直 和斜侵 彻背水 钢 板 的情 形 ， 制 作 了垂 直 ９ ０ 。 和 倾斜 ６ Ｏ 。 两种水 箱 结构 ， 分别 如 图 １ ～２所 示 。
耗散效应 ， 破 片 穿 透 背 水 钢 板 后 的 动能 损 失 要 大 于 穿 透 背 空 钢 板 的 情 形 ； 水 中初 始 冲 击 波 的 压 力 特 性 应 考 虑
稀 疏 波 的影 响 ； 相同初速下 ， 破 片侵 彻 垂 直 背 水 钢 板 引 起 的初 始 冲击 波 的峰 值 压 力 较 侵 彻 倾 斜 背 水 钢 板 要 大 。 关 键 词 ：高 速 侵 彻 ； 背水 钢板 ； 剩余特性 ； 初 始 冲 击 波
板 的破 坏模 式 以及破 片 穿透 背水 钢板后 的瞬时余 速 等方 面 ， 探 讨破 片 高速 侵 彻倾 斜 和 垂 直 背水 钢 板 后
的剩余 特性 的差 异 ， 力 图揭示 中厚 背水 钢板 的抗 高速 侵彻 机理 ， 为后 续 的理论 分析 和数值 模 拟研究 提 供
数 据支 撑 。
典等［ ８ ］ 针对 高 速破 片侵彻 液舱 问题 也 开展 了大量 研 究 。通过 分 析 可 知 ， 目前 针 对破 片侵 彻 液舱 问题 的 研 究 大多集 中于穿 透背 水钢板 后 引起 的水 锤效 应 ， 对 于破 片穿 透后 的剩 余特性 研 究较少 ， 且 研究 对象 大 多 为垂 直背 水 薄板 。本 文 中通过 弹道 实验 ， 分析 破 片高速 侵彻 中厚 背水 钢板后 的剩余 特性 ， 从 弹体 和靶
中 图分 类 号 ： Ｏ３ ８ ５ 国标 学科 代码 ： １ ３ ０ ３ ５ 文 献标 志 码 ： Ａ
液舱 结构 在 弹丸侵 彻 下 的动态 响应 问题 近年来 受 到工程 界广 泛关 注 。战斗 部接 触爆 炸会 产生 大量
高速 破 片 ， 对舰 船 舷侧 防护 液舱 结构 的侵 彻会 造成 严 重毁 伤 。针 对 高速 弹 体侵 彻 液 舱 结构 的破损 问题 已开 展 了大量 研究 工作 。Ｊ ． Ｈ． Ｍｃ Ｍｉ ｌ ｌ ｅ ｎ等ｎ 早在 ２ Ｏ世纪 ４ Ｏ年代 就 针对 弹 体入 水 冲击 波 传 播 等 问题 通过 实验 进行 了分 析 。Ｄ ． Ｔｏ ｗｎ ｓ ｅ ｎ ｄ等［ ２ 则 结合 实验 对高 速破 片侵 彻薄 壁水 箱结 构 引起 的水 锤 效应 做 了细 致 的研 究 ， 并 提 出了衰 减 冲击 波 压力 的初 步构想 。随后 ， Ｒ ． Ｊ ． Ｄ ｉ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ｅ 等 通 过实 验 分析 了钢质 和 铝 质 球形 弹丸 穿透 背水 薄铝 板后 在水 中引起 的水锤 效应 。Ｄ． Ｖａ ｒ ａ ｓ 等 则 从压 力变 化 和管壁 变形 等 方 面对 球形 弹丸 侵 彻 注 水 方 管 引起 的水 锤 效 应 进 行 了研 究 ， 并 分 析 了注 水 液 面 的 影 响 。Ｅ ． Ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｏ ｍｂ ｅ 等＿ ５ 比较 了密 闭和 敞开 水箱 两种 情形下 水 锤效应 引起 的冲击 波压力 差异 。沈 晓乐 等 ｌ ＿ ６ ］ 、 徐 双喜 等［ ７ ］ 、 李