高速侵彻弹体的质量侵蚀研究

本项目以更高侵彻速度的先进钻地弹为研究背景（1000m/s<侵彻速度<1500m/s），开展侵彻混凝土弹体的质量侵蚀成因及相关性研究，对质量侵蚀模式进行识别并给出相应的机理分析；建立包含切削和熔化等主要侵蚀模式的理论模型，提出更合理的估算弹体质量侵蚀公式；通过分析不对称质量侵蚀，研究其对弹体侵彻性能改变和弹体结构破坏的影响，提出改善和降低弹体质量侵蚀的方法；开展不同弹/靶材的火炮验证性实验研究，借助微细观实验分析手段，讨论不同侵蚀模式对弹体质量损失的不同作用，研究分析质量侵蚀、热影响区（HAZ）和热熔融区的相互关系；通过建立基于物理的弹体表面薄层数学模型，综合考虑热软化、应变硬化、应变率效应等对材料性质的影响，实现质量侵蚀的数值仿真。

本项目以更高侵彻速度的先进钻地弹和高超音速的巡航导弹战斗部为研究背景（1000m/s<侵彻速度<1500m/s），开展高速侵彻弹体的质量侵蚀的机理研究、模型分析和实验验证，分析质量侵蚀对弹体的侵彻性能改变和弹体结构破坏的影响，提出改善和降低弹体质量侵蚀的方法，建立相关的数值模拟方法和仿真模型。项目研究按计划进行并已完成预定研究内容，实现了预期目标，取得了以下6个方面的成果：.1. 已建立计及质量损失和头形钝化的弹体正/斜侵彻时压弯联合作用下屈服行为的分析模型。建立了由弹头非对称磨蚀导致的横向荷载计算模型，给出了正/斜侵彻弹体在压弯联合作用下的屈服函数，其是弹、靶材多个物理量的函数，并讨论了不同弹靶组合条件对弹体极限初始撞击速度的影响。.2. 已建立了模拟弹体侵彻行为以及形状变化的数值方法和模型。给出弹靶间摩擦功的表征模型，在时间和空间尺度上离散弹体侵彻过程，建立了同时模拟弹体质量损失、头形钝化和动力学行为的数值模型。提出减小弹体头形钝化的两种方案：在弹头表面包附高强难熔材料或采用熔化热梯度分布材料制作弹头。.3. 建立了高速侵彻弹体质量损失和头形钝化的理论分析模型。得到了任意着靶速度下长杆弹体侵彻混凝土靶体时质量损失比的无量纲预测公式。进一步得到了弹体质量损失系数和头形钝化系数的解析表达式，在功热转化物理机制、适用范围、预测精度和解析性方面更优越。.4.开展了高速非正侵彻弹体质量磨蚀和头形钝化效应与弹体结构稳定性的关系分析。进一步发展并提出了弹体在高超声速非正（倾/攻角）侵彻混凝土靶体过程中保持结构稳定的极限侵彻速度的预测方法。对多种工况进行了详细讨论，并开展参数影响分析。.5.考虑弹头非对称质量磨蚀的弹体高速侵彻混凝土靶体的终点弹道分析。建立了考虑弹头非对称磨蚀效应的弹体高速倾/攻角侵彻混凝土靶体终点弹道轨迹预测的有限差分方法（PENTRA2D），开展参数影响分析，获得相关影响规律，其中弹体着靶攻角对弹体终点弹道轨迹稳定性的影响最大。.6. 已开展了高速深侵彻概念弹正侵彻混凝土的实验研究，包括对侵彻后弹体的金相分析。设计了深侵彻概念弹，系列侵彻试验表明该弹形在高速侵彻时具有较好结构稳定性。微观分析指出弹体高温热影响区和绝热剪切与弹体质量损失关联；非对称分布的绝热剪切带可能引起弹尖非对称磨蚀。进一步建立了预测侵彻后弹体形状的表征模型。