EFP高速侵彻混凝土靶微细观损伤机理及工程防护研究

A majority of studies on engineering protection are focused on the dynamic response of concrete target subjected to high velocity impact by EFP. With comprehensive application of theoretical analysis, numerical simulation and experimental test, a high-precision physical model to describe the damage mechanism of concrete target penetrated by EFP can be established combined with macroscopic and microscopic comparison of terminal effects. Based on the grey system theory, an evaluation method to determine the weight coefficients of EFP warhead structure parameters on the performance parameters of concrete target can be obtained. Then the complicated model including EFP warhead and concrete target can be simplified and an engineering model is determined to calculate the terminal effects of EFP warhead against concrete target quickly. At last, ballistic performance study on the composite structures composed of type, structure and oblique penetration will be carried out to obtain the failure mechanism and protective efficiency of concrete target penetrated by EFP. The results will not only help to reveal different penetration mechanisms by which concrete structures respond to dynamic extremes but also help to improve the application and ballistic resistance of concrete structures.

EFP高速侵彻混凝土目标的终点毁伤效应一直是工程防护领域重点关注的问题之一。本课题综合运用理论分析、数值模拟和实验研究相结合方法分别从宏观以及微细观角度研究EFP高速冲击混凝土靶的动态响应过程，建立能够精确描述混凝土靶损伤机理特征的物理模型。在此基础上，引入灰色系统理论构建EFP战斗部参数对其高速侵彻混凝土靶毁伤效应影响规律的评价体系，获得影响EFP战斗部各参数对其终点毁伤效应影响规律的主次关系，简化弹靶作用模型，确定EFP侵彻混凝土靶快速高效的工程计算模型。最后，开展EFP侵彻不同类型、结构混凝土靶以及斜侵彻混凝土靶的毁伤效应试验，获得不同混凝土靶抗EFP侵彻的力学失效机制以及防护效能，提出抗EFP高速侵彻混凝土靶的有效工程防护模式。研究成果有助于从本质上揭示EFP高速侵彻混凝土目标的弹靶损伤破坏机理，提高EFP战斗部的工程化应用水平，为构筑高抗力混凝土防御工事提供一定的设计参考依据。

作为一种能够对战场装甲目标高效毁伤的战斗部，爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectiles，简称EFP）战斗部起爆后成型聚能侵彻体及弹靶之间剧烈作用的微观演化模式有着典型的特征规律：药型罩以极大地应变速率（大约104~105s-1）发生剧烈的塑性变形（塑性应变高达300%），稳定成型的聚能侵彻体高速侵彻混凝土靶亦会在弹靶接触界面产生极端地塑性变形行为。.本研究主要针对爆炸成型弹丸成形以及侵彻不同属性混凝土靶的终点毁伤效应规律以及弹靶相互作用的微观损伤机理特性开展研究。研究过程针对EFP成形及高速冲击混凝土靶的失效模式采用不同维度损伤特征描述的方法进行系统阐述：以EFP战斗部高速冲击不同属性混凝土靶的宏观终点毁伤效应作为考核战斗部结构参数优劣或者混凝土靶抗弹特性大小的判别准则，辅助混凝土靶微观损伤特征分析对混凝土靶的失效机制进行机理性解释，结合混凝土靶宏观毁伤效应及微观损伤机理系统研究揭示EFP与混凝土靶之间剧烈作用的力学机制。研究结果一方面可以从微观损伤角度揭示混凝土靶的力学失效机制进而为EFP侵彻混凝土靶的毁伤特性规律提供一种新的研究思路，另一方面也可以为EFP战斗部的结构参数优化设计以及复合结构抗弹特性提高提供工程参考依据。主要取得以下研究成果：（1）提出了针对EFP战斗部高速侵彻混凝土靶的宏观毁伤模式判别以及微观损伤机理解释的系统化研究方法，补充和完善了聚能侵彻体与混凝土靶相互作用的研究方向。结合弹靶材质微观演化规律表征手段针对EFP成型及高速侵彻混凝土靶的微观损伤特性展开了系统研究；（2）根据EFP高速侵彻混凝土靶的损伤破坏物理模型，在分析EFP高速冲击混凝土靶不同阶特点的基础上，采用理论分析方法获得EFP 侵彻混凝土目标深度的预估方程，建立考虑弹体自身磨蚀效应的EFP高速侵彻混凝土靶的工程计算模型。.根据EFP高速侵彻混凝土目标宏观以及微细观动态响应规律和力学失效机制，获得了不同结构混凝土靶对EFP终点毁伤效应的影响规律，结合当前防护工程抗侵彻和震塌研究成果，本研究可为不同混凝土结构样式优化设计提供理论支撑与关键技术支持。