岩石类介质侵彻效应的理论研究进展

近年来，随着超高速武器的发展，侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高，侵彻机制发生变化，并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展，讨论了长杆弹侵彻速度的分区，介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型，并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。     

成层式防护结构抗超高速侵彻的数值分析

采用SPH算法,基于AUTODYN-2D开展了钨杆弹对4种"花岗岩遮弹层-（空气）干砂分配层-混凝土结构层"形式的成层式防护结构的超高速打击数值计算分析,得到了结构的破坏特征和能量分配情况。结果表明:（1）增加打击速度会加剧遮弹层和分配层的破坏程度,但在一定速度区间内结构层的侵彻深度反而随着打击速度的增加而减小;（2）结构层的能量分配比例具有随着撞击速度增加而减小的趋势,这可以初步归结为竖向冲击动能在遮弹层和分配层的横向传递;（3）一定条件下,通过增加空气隔层可以减小结构层的侵彻深度、结构层分配能量的比例和绝对值。     

分层地质类材料靶体抗超高速侵彻模型实验

利用二级轻气炮开展了杆形钢弹在10马赫左右条件下对4种分层地质类材料靶体的超高速侵彻模型实验，重点研究了砂浆层位置和空气隔层对侵彻效应的影响。结果表明增加遮弹层与下部结构间的空气隔层、在整个结构顶部设置疏松砂浆层均可以在一定条件下加剧弹体破坏、减小结构层的侵彻深度，但同时会增加遮弹层的表面成坑效应。从减小结构层的侵彻深度出发，“软-硬-软-硬”的分层设计思路对抵抗超高速弹体侵彻是可行的。     

侵彻条件下两类靶体材料静阻力的探讨

以空腔膨胀理论为主要理论工具，通过比较侵彻近区塑性材料和脆性材料动力学行为的差异，对两类不同材料静阻力（R_t）的本质进行探讨，并对脆性材料侵彻的若干应用问题提出建议。研究表明:（1）R_t是靶体介质以固体特性抵抗局部扩孔、具有时间平均特性的弹体横截面平均应力，其具体取值随着材料的物理力学特性、侵彻模型、撞击速度等因素而变化，因此不是材料的固有特性。（2）对于塑性靶体的非变形侵彻问题，静态空腔膨胀理论的结果能够对R_t作出比较合理的预测；对于拟流体侵彻问题，一般需要对静态空腔膨胀理论的结果加以修正。（3）脆性材料的R_t主要取决于破碎后介质的力学特性而与完整材料的力学特性关系不大，且与单轴抗压强度之间不满足纯粹的单调关系；当侵彻速度较低时，应考虑侵彻速度对侵彻阻力的强化作用，这种强化作用的本质是内摩擦；当侵彻速度足够高时，脆性材料体现出恒定不变的“动力硬度”，其反映了材料的本征阻力特性。（4）提高脆性材料的侵彻阻力的关键在于减小应力波峰值后环向拉应力的幅值、抑制材料的破碎速度和程度，具体措施包括主动或被动地增加外围压、对基质中添加增韧增强纤维等；为了实现对脆性材料侵彻问题更高精度的数值模拟，建议更加重视对破碎介质动力学特性的研究。     

不同速度段弹体侵彻岩石靶体的理论分析

随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量与速度的理论模型以及弹体刚体段的侵彻阻抗,推导出考虑弹体质量损失的半流体侵彻深度计算公式。对于超高速撞击时的流体动力学侵彻段,通过对流体区和刚性区进行假定,建立动量守恒和伯努利方程,推导给出该阶段弹体的侵彻阻抗,结合弹体质量变化方程推导出侵彻深度的表达式。最后将3个阶段的理论计算结果与花岗岩侵彻试验数据进行了对比验证,侵深和弹体质量变化规律均吻合良好,而且各阶段模型计算结果反映出的侵彻变化规律与实验结果完全一致。     

运用极限荷载法研究钢筋混凝土板低速侵彻效应

基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论,获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上,基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线,并提出了震塌与贯穿的临界条件,通过与实验结果、UMIST公式及古比雪夫的对比,验证了本文方法在钢筋混凝土板低速撞击问题中的适用性,分析了弹头形状、冲击因子和钢筋阻力系数等参数对临界震塌(贯穿)厚度的影响。