本發(fā)明涉及實(shí)彈侵徹毀傷評(píng)估，具體涉及活性彈丸爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、活性彈丸碰撞多層間隔金屬靶作用過程復(fù)雜，涉及活性芯體沖擊壓縮、碎裂點(diǎn)火、碎片云爆燃等階段，其毀傷包括溫升毀傷、超壓毀傷、及其超壓形成的爆裂穿孔，已有的活性彈丸爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)是基于空氣中傳感器直接測(cè)試，通過試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建超壓與爆裂穿孔毀傷模型，均為外場(chǎng)試驗(yàn)方法，試驗(yàn)耗費(fèi)大，程序繁瑣，沒有基于活性彈丸空氣中碰靶的超壓峰值理論計(jì)算的爆裂穿孔計(jì)算方法。因此，其不能適用于大規(guī)模的毀傷行為預(yù)測(cè)，且國(guó)內(nèi)外暫無適用于活性彈丸碰靶的爆裂穿孔理論計(jì)算方法研究。另一方面，外場(chǎng)試驗(yàn)方法相對(duì)準(zhǔn)密閉容器的溫壓測(cè)試影響因素多，獲取數(shù)據(jù)誤差大，也限制了活性彈丸乃至相關(guān)新質(zhì)戰(zhàn)斗部毀傷行為預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種活性彈丸爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)方法，為ptfe/al活性彈丸釋能-溫升-超壓-爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)提供全新的解決思路。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的活性彈丸爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)方法，具體包括如下步驟：

3、步驟s1：分析ptfe/al活性彈丸侵爆作用；

4、步驟s2：建立ptfe/al活性彈丸作用溫升與能量換算模型；

5、步驟s3：建立空氣中沖擊波超壓毀傷和正壓區(qū)作用時(shí)間計(jì)算模型；

6、步驟s4：建立ptfe/al活性彈丸對(duì)后效靶爆裂穿孔變形量計(jì)算模型。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s2具體如下：

8、對(duì)活性彈丸進(jìn)行準(zhǔn)密閉容器釋能測(cè)試，忽略爆燃階段測(cè)試罐內(nèi)部氣體的熱損失及泄壓效應(yīng)，可認(rèn)為測(cè)試罐內(nèi)部氣體得到的熱量等同于活性材料釋放出的熱量，即；

9、引入溫度和比容有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)能量函數(shù)

10、；

11、當(dāng)系統(tǒng)質(zhì)量恒定、體積恒定時(shí)，容器內(nèi)氣體能量增量為

12、；

13、氣體溫度增量為

14、；

15、因此，活性材料釋放到靶標(biāo)內(nèi)的能量可由下式進(jìn)行估算

16、；

17、和分別為容器內(nèi)氣體的終態(tài)和初始熱力學(xué)溫度，單位k；為測(cè)試罐內(nèi)部體積，單位m3；為定容比熱容，單位kj/(kg·k)，取終態(tài)相應(yīng)值。

18、進(jìn)一步的，所述步驟s3具體包括如下步驟：

19、步驟s3-1：建立ptfe/al活性彈丸沖擊波超壓峰值計(jì)算模型；

20、對(duì)于ptfe/al活性材料，由于爆熱不同，基于能量相似原理將其換算成tnt當(dāng)量

21、；

22、為靜態(tài)ptfe/al活性材料等效tnt當(dāng)量，單位kg；為參與反應(yīng)的活性芯體質(zhì)量，單位kg；為ptfe/al活性材料爆熱，單位kj/kg；為tnt爆熱，單位kj/kg；

23、對(duì)于具有一定侵徹速度的活性彈丸，根據(jù)能量相似原理，可把裝藥運(yùn)動(dòng)引起的能量增加看做裝藥量的增加，則有

24、；

25、為動(dòng)態(tài)ptfe/al活性材料等效tnt當(dāng)量，單位kg；為靜態(tài)ptfe/al活性材料等效tnt當(dāng)量,單位kg；為ptfe/al活性材料爆熱，單位kj/kg；為活性彈丸迎彈靶后剩余速度，單位m/s；

26、彈靶碰撞后，活性材料所釋放的能量將有一部分轉(zhuǎn)化為殼體變形破壞能、殼體碎片動(dòng)能，另一部分轉(zhuǎn)化為爆燃產(chǎn)物飛散動(dòng)能及內(nèi)能，在周圍空氣中形成超壓；活性材料的激活率和能量轉(zhuǎn)化可表述為

27、；

28、式中，n為活性材料的激活率；為參與反應(yīng)的活性芯體質(zhì)量，單位kg；為活性芯體總質(zhì)量，單位kg；為活性芯體激活長(zhǎng)度，單位m；為活性芯體全長(zhǎng)，單位m；

29、為活性芯體釋放的總能量；為活性芯體材料反應(yīng)熱；為爆燃產(chǎn)物內(nèi)能；為殼體變形破壞能；為爆燃產(chǎn)物動(dòng)能；為所有破片增加的動(dòng)能；單位為kj；

30、基于此，在迎彈靶后爆燃傳播時(shí)，爆燃產(chǎn)物按等熵規(guī)律膨脹，可得到爆燃產(chǎn)物內(nèi)能

31、；

32、式中，為參與反應(yīng)的活性芯體質(zhì)量，單位kg；為ptfe/al活性材料爆熱，單位kj/kg；為殼體半徑，單位m；r為測(cè)試點(diǎn)到爆燃中心的距離，單位m；

33、爆燃產(chǎn)物動(dòng)能

34、；

35、式中，為參與反應(yīng)的活性芯體質(zhì)量,，單位kg； v p為破片速度，單位m/s；為重力加速度；

36、所有破片增加的動(dòng)能

37、；

38、式中， v p為破片速度，單位m/s；為所有破片質(zhì)量，?單位kg；為重力加速度；

39、對(duì)于殼體變形破壞能約占總能量3%，將頭部金屬塊與殼體作為整體，由等效關(guān)系，可得用于形成峰值超壓的化學(xué)能與活性芯體釋放的總能量之間的比值為

40、；

41、式中，為初始激活比；為殼體半徑，單位m；為殼體變形破碎時(shí)的半徑，單位m；為動(dòng)態(tài)ptfe/al活性材料等效tnt當(dāng)量，單位kg；為ptfe/al留給爆燃產(chǎn)物的等效tnt當(dāng)量，單位kg；

42、通過上式聯(lián)立可求得，空氣沖擊波峰值超壓為

43、；

44、其中，為ptfe/al留給爆燃產(chǎn)物的等效tnt當(dāng)量，單位kg；r為測(cè)試點(diǎn)到爆燃中心的距離，單位m；且滿足1≤≤10；

45、步驟s3-2：建立正壓區(qū)作用時(shí)間計(jì)算模型；

46、正壓區(qū)作用時(shí)間是活性材料爆燃反應(yīng)沖擊波的另一個(gè)特征參數(shù)，是影響對(duì)目標(biāo)破壞作用大小的重要標(biāo)志參數(shù)之一；其計(jì)算可根據(jù)爆炸相似率通過試驗(yàn)來建立經(jīng)驗(yàn)公式；對(duì)于ptfe/al活性芯體在空氣中爆燃反應(yīng)，計(jì)算式為：

47、；

48、式中，μ為修正系數(shù)，ptfe/al活性材料取值1.35×10-3；r為測(cè)試點(diǎn)到爆燃中心的距離，單位m；為ptfe/al留給爆燃產(chǎn)物的等效tnt當(dāng)量，單位kg。

49、進(jìn)一步的，所述步驟s4具體包括如下步驟：

50、步驟s4-1：建立活性彈丸作用后效靶板的比動(dòng)能計(jì)算模型；

51、步驟s4-2：建立后效靶板變形量計(jì)算模型；

52、步驟s4-3：計(jì)算后效靶板的極限變形量；

53、步驟s4-4：根據(jù)試驗(yàn)曲線計(jì)算后效靶板變形量，并對(duì)比極限變形量。

54、進(jìn)一步的，所述步驟s4-1具體為：

55、后效靶板侵徹破壞主要源自侵徹體的比動(dòng)能大于了靶板的單位變形功，靶板的動(dòng)態(tài)變形功可表述為

56、；

57、式中，k1為比例系數(shù)，主要取決于材料性質(zhì)，對(duì)于al2024，k1=3；as是侵徹體碰撞靶板的侵徹面積，單位cm2；h*為靶板厚度，單位mm；σb表示為靶板的破壞強(qiáng)度極限，單位kg/cm2；

58、從而單位厚度單位面積的靶板變形功可表述為

59、；

60、當(dāng)彈丸作用到靶板上單位厚度單位面積的比動(dòng)能eb1大于變形功e時(shí)，靶板就會(huì)被彈丸侵徹貫穿毀傷；對(duì)材料為al2024靶板，擊穿概率 p me與侵徹體比動(dòng)能關(guān)系有

61、；

62、鎢合金/鋼等金屬材料碰撞al2024靶板的比動(dòng)能表述為

63、；

64、式中，eba為al2024單位厚度單位面積的比動(dòng)能，單位kg?m/(cm2?mm)；w為彈丸質(zhì)量，單位g；v為著靶速度，單位m/s；s為彈丸的迎風(fēng)面積，單位m2；h*為靶板厚度，單位mm；g為重力加速度； φ為彈丸形狀系數(shù)，一般取0.005；

65、對(duì)于活性材料，其機(jī)械強(qiáng)度和密度都低于金屬材料，造成其侵徹靶板的侵孔面積變大，所以可以在上式的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，得到活性彈丸作用al2024靶板的比動(dòng)能為

66、；

67、式中 k為修正系數(shù)，ptfe/al活性材料一般取1.6； m為ptfe/al活性芯體總質(zhì)量，單位g；為沖塞塊質(zhì)量，單位g；h*為靶板厚度，單位mm；為活性彈丸迎彈靶后剩余速度，單位m/s。

68、進(jìn)一步的，所述步驟s4-2具體為：

69、迎彈靶板在貫穿及貫穿后，碎片云及其活性材料著靶爆燃所釋放的壓力對(duì)后效靶板發(fā)生作用，后效靶板的變形量與作用在后效靶板的脈沖沖量成正比，與殼體材料密度和厚度成反比，所以后效靶板的變形量可表示為

70、；

71、式中 k 2為常數(shù)，平頭侵徹體一般取2.212；ρ t為靶板密度，單位g/cm3；為任意時(shí)刻沖擊波載荷壓力，單位kpa；為沖擊波載荷的作用時(shí)間,單位ms；h*為靶板厚度，單位mm。

72、進(jìn)一步的，所述步驟s4-3具體為：

73、根據(jù)斷裂力學(xué)中應(yīng)力強(qiáng)度因子 k i的物理含義，當(dāng)通孔邊緣的應(yīng)力強(qiáng)度因子大于材料的極限強(qiáng)度因子 k ic時(shí)，通孔邊緣的裂紋就擴(kuò)展，反之則不擴(kuò)展；有限寬長(zhǎng)板條裂紋極限強(qiáng)度因子可表述為

74、；

75、式中 g為與裂紋幾何形狀有關(guān)的常數(shù)； e為靶板材料的彈性模量； a為裂紋長(zhǎng)度的1/2，單位mm； l 0為后效靶板的邊長(zhǎng)，單位mm；為后效靶板的極限變形量，單位mm；

76、對(duì)于al2024靶板材料的 k ic可以通過查表得到；所以后效靶板的極限變形量為

77、。

78、進(jìn)一步的，所述步驟s4-4具體為：

79、通過試驗(yàn)測(cè)得碎片云撞擊與活性材料爆燃所產(chǎn)生的壓力-時(shí)間曲線，代入式可算出對(duì)應(yīng)時(shí)間下的后效靶板變形量；以上計(jì)算方法所得后效靶板的變形量值小于后效靶板的極限變形量值時(shí)為有效值。

80、本發(fā)明提供的活性彈丸爆裂穿孔毀傷行為預(yù)測(cè)方法優(yōu)化了活性彈丸鏈?zhǔn)綒A(yù)測(cè)方法的精度，根據(jù)準(zhǔn)密閉容器中的熱力學(xué)第一定律以及沖擊加載、沖擊波傳播理論，對(duì)ptfe/al活性彈丸溫度和能量換算方法、ptfe/al留給爆燃產(chǎn)物的等效tnt當(dāng)量、空氣中沖擊波超壓及其穿靶特性等開展了理論行為分析，實(shí)現(xiàn)活性彈丸作用后效鋁靶的爆裂穿孔毀傷行為的理論模型構(gòu)建?；诖?，本方案針對(duì)ptfe/al活性彈丸的釋能-溫升-超壓-爆裂穿孔這一毀傷行為預(yù)測(cè)方法提供了一種全新的解決思路，且經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)的有效性考核?；趯?duì)tnt炸藥的釋能行為分析及傳統(tǒng)動(dòng)能彈丸的穿靶理論研究，為拓展活性彈丸的創(chuàng)新理論預(yù)測(cè)方法，具有重要的意義，同時(shí)這為相關(guān)新質(zhì)材料戰(zhàn)斗部的毀傷效能預(yù)測(cè)方法也能提供參考借鑒。