冲击载荷作用下改性低密度材料粒子流成型机理研究

With the rapidly development of explosive Reactive armor, anti-armor weapons has also been a wide range of innovations. Through to research the mechanical constitutive behavior of modified low-density material, to fully grasp the performance characteristics of the material, and apply it to the shaped charge warhead, and by the modified low-density particles jet with high velocity penetration of reactive armor to reach explosive object without detonate, thus providing the main flow passage to the subsequent stage . The core of the technology is under impact loading, research the low density particles jet forming mechanism of shaped charge warhead, optimal design of shaped charge and criterion of penetration without detonating of explosive reactive armor. the project is focus on the general scientific questions that are included in this new technology , and analyzed from the theoretical and experimental , to establish the modified low-density material equation of state and the strength of the model , failure model, to study the formation mechanism of low density particles jet , and analyze the penetration mechanism of low density particles jet. Research contents include: 1) Study on dynamic mechanical properties of modified low-density material, and establish its equation of state at high strain rates ,obtain its clear deformation mechanism.2 ) Optimized design of shaped charge structure , study on the theoretical mechanism of the forming and penetrating of low density particles jet ,through numerical simulation and experimental validation.3) Study on theoretical analysis and experimental verification of modified low-density particles jet penetrate reactive armor, obtain the initiating value of impact explosive reactive armor and criterion of penetration without detonating.

针对爆炸式反应装甲的迅速发展，反反应装甲武器也有了多元化的革新。通过对改性低密度材料的力学本构行为研究，掌握该材料的动态力学性能，并将其应用到聚能装药战斗部药型罩设计中，通过形成低密度粒子流实现对反应装甲的穿而不爆，从而为后级主射流提供通道。该技术的核心是研究冲击载荷作用下聚能战斗部中低密度粒子流成型机理，聚能装药的优化设计和对反应装甲穿而不爆的判据。本项目紧紧围绕这一新技术中所包含的一般科学问题，从理论和试验上进行分析，建立改性低密度材料的状态方程、强度模型和失效模型，对低密度粒子流成型机理和侵彻机理进行研究。包括：1）研究改性低密度材料的动态力学性能，建立高应变率下的状态方程和强度模型，明确变形机制。2）进行聚能装药结构优化设计，通过数值模拟和实验验证，研究改性低密度粒子流成型机理和侵彻机理。3）对改性低密度粒子流侵彻反应装甲进行理论分析和实验验证，得到冲击反应装甲冲击起爆的阈值。

目前使用的串联破甲战斗部存在前级射流穿爆反应装甲，影响后级射流侵彻主装甲的缺点。针对这一背景，本项目以改性低密度（PTFE）材料应用于串联战斗部前级药型罩中为研究方向，围绕其中所包含的一般科学问题，开展了改性低密度材料静态和动态力学性能研究、改性低密度粒子流成型机理研究、侵彻机理研究和对反应装甲穿而不爆机理研究。. 在对低密度PTFE材料填充改性处理的基础上，采用万能材料试验机和SHPB测试系统对改性PTFE材料的静态和动态力学性能进行了研究，获得了改性PTFE材料在不同应变率下的本构模型参数，拟合得到了改性PTFE材料的本构方程。基于SPH算法数值模拟研究了改性低密度粒子流成型过程和成型性能影响因素，通过脉冲X光机拍摄低密度粒子流成型实验过程，揭示了改性PTFE材料形成粒子流过程中材料形态和力学性能的变化，显示出爆炸载荷作用下聚能装药形成的低密度射流表现出了一定的粒子性和径向飞散性。. 基于研究改性低密度粒子流侵彻机理的目的，设计和加工了铜、PTFE和改性PTFE三种药型罩材质的聚能装药结构，以对靶板的侵彻孔深和孔径为衡量技术指标，采用数值模拟和实验验证对比分析了三种射流对靶板的侵彻性能。结果表明，改性PTFE粒子流在侵彻孔深性能方面比PTFE粒子流高，在侵彻孔径性能方面比铜射流好，得出了改性PTFE粒子流侵彻靶板在扩孔和穿深方面具有综合优势。. 在研究粒子流对反应装甲穿而不爆的基础上，建立了低密度粒子流侵彻反应装甲的冲击起爆判据，确定了低密度粒子流对反应装甲冲击起爆的阈值区间，获得了各因素对低密度粒子流侵彻反应装甲性能的影响规律，优化设计了聚能装药结构。通过聚能装药结构侵彻反应装甲数值仿真和实验研究，结果表明改性低密度粒子流既能实现对反应装甲的穿而不爆，又能实现增大穿深和孔径的目标，从而解决了串联战斗部前级聚能装药形成射流侵彻能力不足的问题，同时也为后级毁伤元提供了较大随进通道，最终为反装甲弹药威力设计中提供了参考。