WFeNiMo高熵合金动态力学行为及侵彻性能研究

为了探究不同应变速率下WFeNiMo高熵合金的变形行为和侵彻性能, 采用万能材料试验机、分离式霍普金森压杆开展了高熵合金的静动态力学性能试验, 讨论了其在不同应变速率下变形特征微观机制. 基于弹道枪试验平台开展了高熵合金与典型钨合金(93W-4.9Ni-2.1Fe,wt%)破片对有限厚钢靶侵彻作用性能试验研究, 分析了两种合金破片侵彻作用过程与靶板破坏特征、侵彻穿孔能量消耗与撞击速度间的关系. 结果表明: 高熵合金、钨合金材料屈服强度与应变率呈正相关, 且在相同的应变率下高熵合金具有更高的屈服强度; 随着应变率的提高, 高熵合金由脆性断裂、韧脆混合的准解理断裂发展至具有黏着特性的破碎变形模式; 高熵合金具有较强的局部绝热变形能力, 在侵彻薄钢靶时体现出较高的剪切敏感性; 相同撞击速度下, 高熵合金破片穿靶消耗的能量低于钨合金破片, 对于薄钢靶具有更强的侵彻穿透能力. 高熵合金具有优异的力学性能和侵彻能力, 在高速撞击薄靶板时除了传统的剪切冲塞作用还具有一定的能量释放特性, 在预制破片上有较好的应用前景.      

DYNAMIC MECHANICAL BEHAVIOR AND PENETRATION PERFORMANCE OF WFeNiMo HIGH-ENTROPY ALLOY 1)

为了探究不同应变速率下WFeNiMo高熵合金的变形行为和侵彻性能, 采用万能材料试验机、分离式霍普金森压杆开展了高熵合金的静动态力学性能试验, 讨论了其在不同应变速率下变形特征微观机制. 基于弹道枪试验平台开展了高熵合金与典型钨合金(93W-4.9Ni-2.1Fe,wt%)破片对有限厚钢靶侵彻作用性能试验研究, 分析了两种合金破片侵彻作用过程与靶板破坏特征、侵彻穿孔能量消耗与撞击速度间的关系. 结果表明: 高熵合金、钨合金材料屈服强度与应变率呈正相关, 且在相同的应变率下高熵合金具有更高的屈服强度; 随着应变率的提高, 高熵合金由脆性断裂、韧脆混合的准解理断裂发展至具有黏着特性的破碎变形模式; 高熵合金具有较强的局部绝热变形能力, 在侵彻薄钢靶时体现出较高的剪切敏感性; 相同撞击速度下, 高熵合金破片穿靶消耗的能量低于钨合金破片, 对于薄钢靶具有更强的侵彻穿透能力. 高熵合金具有优异的力学性能和侵彻能力, 在高速撞击薄靶板时除了传统的剪切冲塞作用还具有一定的能量释放特性, 在预制破片上有较好的应用前景.     

W/ZrNiAlCu亚稳态合金复合材料破片对RHA靶的侵彻释能特性

为研究W/ZrNiAlCu亚稳态合金复合材料破片对RHA靶板的侵彻释能特性，采用高速摄影弹道枪侵彻实验和能量方程、Avrami-Erofeev方程理论分析的方法，对破片的侵彻释能过程、侵彻规律、释能规律进行了研究。结果表明，破片在撞击并贯穿靶板的过程中激发了材料的燃烧反应，在靶板前方和后方产生了明显火光，随着撞击速度增加，火光范围增加、亮度提高；破片撞击速度、冲塞体速度的关系符合采用能量法推导的包含质量损失的破片侵彻公式，破片理论弹道极限速度为987.1 m·s?1；在实验速度范围内，材料反应效率随着冲击压力的增加而增加，与实验现象吻合。     

活性无序合金冲击的释能特性及在毁伤元中应用研究进展

无序合金是一种新型金属材料，突破了传统的合金设计理念，表现出不同于传统合金的优异力学性能、冲击释能及剪切自锐特性，在高温、高压、高应变率等环境具有良好的应用前景。分析活性无序合金的冲击释能特性对其应用于军事领域有着重要的指导作用，能为弹药战斗部的设计提供参考。本文阐述了静动态力学实验中典型无序合金的反应释能现象；总结了撞击速度与活性无序合金释能超压、释能效率之间的关系；讨论了撞击速度、材料破碎程度及靶标特征等因素对活性无序合金释能机理的影响；归纳了制备工艺及元素类型对活性无序合金释能特性的调控效果。进一步，本文梳理了活性无序合金在破片、穿甲弹芯和聚能装药战斗部三个方向的应用研究进展，分析了活性无序合金毁伤元的侵彻行为和作用机制。最后，针对活性无序合金材料未来的发展趋势和需求进行了展望。     

不同形状破片撞击7A04-T6高强铝合金板的数值仿真研究

为研究7A04-T6高强铝合金板受不同形状破片撞击的抗撞击性能、损伤特性及吸能规律,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了3种典型形状破片侵彻两种厚度的单层及等厚度接触式双层7A04-T6高强铝合金靶板模型,分析了破片形状、靶板结构对靶板抗撞击性能、损伤特性、比能量吸收的影响规律及转变机制。研究发现:圆锥形破片撞击时弹道极限最高,其次为圆球形、圆柱形破片;对于圆球形、圆锥形破片撞击工况,薄靶和厚靶分层均降低其抗撞击性能;圆柱形破片撞击时,薄靶分层降低其抗撞击性能,厚靶分层将提高其抗撞击性能。靶板损伤特性、比能量吸收也受到破片形状和靶板结构影响,但不同因素的作用机制及影响程度并不相同。     

带水墙靶板对高速破片侵彻能力影响规律

针对大当量成型弹药破片毁伤威力试验风险系数大、试验效能低的问题，提出采用带水墙靶板的方式对破片毁伤参数进行测定的新方法。应用动力学模拟软件AUTODYN，对破片侵彻带水墙靶板及无水墙靶板的过程进行了有限元数值模拟，分析了水墙厚度和破片入射角度对破片侵彻能力的影响规律，通过实弹试验的方式对带水墙靶板的实用效果进行了验证。计算结果表明，带水墙靶板相比无水墙靶板，能够大大降低破片的侵彻能力，同时与实弹试验效果也能较好吻合，说明在实际试验中使用带水墙靶板收集破片毁伤参数的方法是可行的。     

空爆冲击波与破片群联合作用下聚脲涂覆陶瓷复合装甲结构毁伤特性

基于均质钢板、聚脲涂层材料、SiC陶瓷材料设计了4种聚脲涂覆复合装甲结构，采用装药驱动预制破片试验方法开展了近炸下复合装甲结构毁伤特性实验研究，提出了各组分的毁伤破坏模式，对比分析了4种防护装甲结构的防护性能，探讨了复合装甲结构的防护机理。结果表明:作用于目标结构的破片动能远大于冲击波能，聚脲涂覆复合装甲结构的防护效能明显优于多层均质钢装甲，增加陶瓷厚度较增加背板、前面板厚度对提高整体防护效能更有效，破片撞击将引起陶瓷块大面积损伤，严重影响了其对后续着靶破片的防护性能。     

大质量钨合金动能块高速侵彻超高强度钢靶作用特性

为研究超高强度钢靶抗大质量钨合金动能块的侵彻性能及破坏特性，基于弹道炮开展了215 g圆柱形钨合金动能块高速侵彻半无限超高强度G50钢靶和低强度45钢靶试验，获得了不同速度侵彻下两种钢靶的侵彻深度和成坑体积。试验表明，不同于低强度钢靶的近似圆柱体成坑特性，钨合金动能块侵彻超高强度钢靶时，在靶板内形成了类锥形弹坑，成坑侧面和坑底均有拉伸崩落裂纹；分析了超高强度钢靶的侵彻破坏特性，指出侵彻过程中钨合金动能块局部破碎引起靶板内的卸载拉伸剥落和动能块的侵彻锐化行为联合导致了类锥体弹坑的形成。通过数值模拟验证了超高强度钢靶的高速侵彻破坏机制。     

圆柱形钨破片撞击铝靶时的跳飞临界角

采用理论计算、数值模拟与实验相结合的方法,研究了直径5.7 mm、长6.7 mm的圆柱形破片以800~1 200 m/s的速度撞击2~10 mm厚铝靶时的跳飞特性。建立了破片斜侵彻有限厚靶板的跳飞临界角理论模型,计算得到破片跳飞临界角与破片入射速度、靶板厚度的关系,并与模拟值、实验值对比,三者吻合较好。结果表明:破片撞靶速度相同时,随着靶板厚度的增加,破片的跳飞临界角减小。靶板厚度相同的情况下,在所计算的速度范围内,入射速度越大,破片跳飞临界角越大。速度在800~1 200 m/s时,破片撞击2 mm厚靶板的跳飞临界角为81°~81.25°;撞击4 mm厚靶板的跳飞临界角为72.5°~76.25°。     

含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟

将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元LS -DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用“升降法”得到了该“含能破片”对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~16mm的带铝壳炸药。     

钨球对高硬度钢斜侵彻效应

为研究高硬度钢板抗不同着角钨球的侵彻性能及破坏模式,通过弹道枪进行了?8 mm、?11 mm钨合金球形破片以0°、20°、40°着角撞击厚度为6 mm、8 mm的高硬度钢板试验,得到了极限贯穿速度v₅₀;分析了钨球轴向径向变形及靶板失效模式与撞击速度的关系,发现高硬度钢板失效模式主要为压缩开坑破坏和沿厚度方向剪切破坏。采用有限元方法对试验进行了模拟,验证了数值模型及参数的合理性,并运用数值模拟方法研究了撞击着角对靶板吸能模式影响,结合试验数据,修正已有极限贯穿速度计算公式。结果表明:随侵彻着角增大,极限贯穿速度提高,且着角越大,极限贯穿速度增长越快;随着角增大,靶板吸能模式逐渐由压缩开坑向剪切冲塞过渡,且着角大于50°时,剪切冲塞耗能将超过压缩开坑耗能;修正后极限贯穿速度计算公式适用范围更广、精度更高,具有较好工程应用价值。     

高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究

鉴于高硬度聚脲与常规聚脲弹性体的区别，研究了高硬度聚脲涂覆钢板结构的抗侵性能及涂层断裂机制。通过弹道实验加载3.3 g立方体破片撞击无涂层、迎弹面涂层、背弹面涂层与双面涂层4种涂覆类型靶板，获得靶板的弹道极限，分析了不同涂覆方式下结构的抗侵性能、涂层断裂规律与微观断口形貌。结果表明:破片冲击作用下，迎弹面涂层断裂程度高且吸能性好，能够有效提高结构抗侵性能，而背弹面涂层破坏先于钢板层且吸能性差，对结构抗侵性能无提升作用；涂层断裂呈现一定的速度效应、厚度效应与微观特征，其规律反映了不同位置涂层的吸能差异。     

钨球侵彻LY-12铝合金靶板的有限元分析

介绍了利用LS-DYNA进行球形破片侵彻靶板的网格划分方法，确定了钨球破片和LY-12铝合金的材料模型，利用不同尺寸的球形破片对不同厚度的靶板进行了仿真分析，得出了不同情况下破片对靶板的穿透曲线图、正向跳飞曲线图和破片穿透靶板时的临界入射角和正向跳飞时的临界入射角，并对破片的剩余速度和末角度进行了分析。     

卵形头部刚性弹侵彻厚靶的半解析模型

基于确定靶体中速度势和速度场的方法分析刚性卵形头部弹体对有限厚靶的侵彻问题。推导了靶体中速度场与应力场的计算方法,利用据此编制的计算程序,计算了卵形头部钢弹体对铝靶的侵彻与穿透问题,给出了侵彻深度与剩余速度同初始碰撞速度的关系。结果表明,在对实验参数不经过任何调整的情况下,得到了同试验曲线相吻合的结果。可以看出该方法的有效性。     

球形破片侵彻下钢/铝复合靶板的失效模式与吸能机理

为研究复合靶板自身结构对其防护性能的影响，针对面密度相同的两层钢/铝、三层钢/铝/钢爆炸复合板以及均质钢板，采用系列弹道实验和LS-DYNA3D非线性有限元程序分析了复合靶板在球形破片侵彻作用下的失效模式和吸能机理，讨论了靶板层数、厚度和界面结合情况对失效模式的影响。研究结果表明:较其他因素而言，界面结合状态对靶板失效模式的影响最明显，当界面结合良好时，各层靶板均发生剪切冲塞破坏，而当结合界面发生拉伸失效时，较薄的背板以延性扩孔破坏为主；随着靶板总厚度的增大，靶板更易发生剪切冲塞破坏；当靶板的面密度和总厚度分别相等时，三层复合靶板的防护性能优于双层靶板。     

含装甲钢和陶瓷板的钢纤维砼复合靶的抗侵彻实验研究

为考察装甲钢板和陶瓷板的抗侵彻特性,在钢纤维混凝土靶中分别加入两种不同厚度的装甲钢板和陶瓷板振动成型。在57mm轻气炮上进行了小尺寸射弹侵彻钢纤维砼复合靶试验,测量了不同速度的射弹在不同靶中的侵彻深度。研究表明,当装甲钢板的厚度在5mm范围内,射弹速度超过400m/s时,装甲钢板的厚度对侵彻深度的影响不明显。对含陶瓷板的钢纤维砼,当射弹超过一定速度时,射弹弯曲断裂。通过分析给出了射弹残余弹长与射弹的密度、射弹的动态屈服强度和垂直撞击陶瓷板的速度的函数关系,理论结果与实验数据基本一致。     

碳纤维/环氧树脂复合材料3.0～6.5 km/s超高速撞击成坑特性研究

为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性,利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验,获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征,并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/d_p、无量纲坑径系数D_h/d_p、表面损伤面积等效直径D_e等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明:碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成坑深度p/d_p和无量纲坑径系数D_h/d_p均与撞击速度呈2/3次幂关系;表面损伤面积等效直径D_e与弹丸撞击能量E呈幂函数关系;成坑深度大于成坑半径。