多水锤叠加效应及对装有液体容器结构毁伤机理研究

Hydraulic Ram will form in the liquid, when a high-speed penetrator impacts a vessel structure which is filled with liquid.Theoretical analysis, experimental study and numerical simulation would be adopted in this project to study the physical process of multiple high speed penetrators impacting a vessel structure which is filled with liquid. It is expected to reveal the energy transfer and distribution mechanism of projectile during impacting process, and also the interference and superposition mechanism of the multiple Hydraulic Ram effects that form in liquid. The distribution law of pressure in liquid and on the vessel structure, the dynamic response of the vessel structure and the relationship between the damage potential of vessel structure and impact conditions (the energy of penetrator, the distance interval of impact point, the time interval of impact, etc.) would also be obtained. The research results could be directly applied to improve battlefield survivability of high value military targets with fuel tank，such as aircraft, missiles, vehicles, etc, and optimize the design of ammunition dealing with these targets. It would benefit to engineering application significantly. Furthermore, this fundamental research would play an important role in improving liquid-solid coupling theory and the development of multi-domain cross-disciplinary. It is of high academic value.

高速侵彻体撞击装有液体容器时，在液体内形成液压水锤。本课题拟通过理论、试验及数值模拟相结合的方法，研究多个高速侵彻体撞击装有液体容器结构的物理过程，旨在揭示此过程中侵彻体能量传递及分配机制，液体中形成的多水锤干扰及叠加机理，得到液体内及容器结构上的压力分布规律、容器结构的动态响应、容器结构破坏程度与撞击条件（侵彻体的能量、撞击点的距离间隔、撞击的时间间隔等）之间的关系。该项目的研究成果可直接应用于飞机、导弹、车辆等带有燃料箱的高价值军用目标战场生存能力的提高以及对付此类目标的弹药设计，具有重要的工程应用价值。此外，进行这方面的深入研究对流固耦合理论的完善和多领域交叉学科的发展具有一定的推动作用，具有较高的学术意义。

当高速侵彻体穿透充液容器时，侵彻体通过液体将动能传递给容器结构，进而引起结构变形甚至破坏，这就是液压水锤现象。当多侵彻体撞击充液容器时，在容器中形成的多个液压水锤相互干扰和叠加，目前针对该方面的研究较少。本项目通过理论、试验及数值模拟相结合的方法，研究了单液压水锤效应、多液压水锤叠加效应、水锤叠加效应的影响因素以及容器结构的动态响应及损伤机理。建立了液压水锤效应中单破片能量分配、冲击波波后的状态参量、液体内气腔增长及多破片产生的阻滞波理论模型。数值模拟和理论计算与试验结果吻合得很好，说明所建立的模型可以准确地预测液压水锤效应中的能量分配，液体中冲击波、气腔及压力特性，作用在容器结构上的载荷特性，容器结构的响应及损伤。研究结果表明：多破片撞击充液容器时，破片撞击速度和液体介质类型主要影响液压水锤作用过程中破片的能量分配，破片撞击时间间隔和撞击点间距主要影响气腔的相互作用（重叠、挤压），最终影响液体内的压力分布及作用在容器上的载荷特性。破片的撞击动能是决定容器壁面破坏的重要因素，随着破片撞击动能的增大，容器壁面损伤依次呈现以下几种情况：（1）前后壁面只有侵彻穿孔及塑性变形，均未出现明显裂纹；（2）前壁面没有出现明显裂纹，后壁面出现裂纹；（3）前后壁面均出现裂纹，且后壁面呈花瓣式开裂。壁面变形量随着撞击时间间隔的增大而减小。破片撞击点距离间隔对容器前壁面的变形影响较小，对后壁面的变形及损伤影响较大，后壁面裂纹的数量和长度均随着破片间距的减小而增大。该项目的研究成果可直接应用于军用目标燃料箱的设计与防护，对飞机、导弹、车辆等很多高价值目标的战场生存能力的提高以及对付此类目标的弹药设计都具有重要指导意义。