图4.27活性聚能战斗部对间隔靶毁伤效应实验方法实验中，活性聚能战斗部口径为48 mm，在炸高筒的支撑下，置于多层间隔靶顶部15 mm厚的45钢钢锭上。实验结果表明，与铜射流相比，活性聚能侵彻体能够产生明显的后效增强毁伤效应。图4.31铜药型罩聚能装药对间隔靶毁伤效应......
2023-06-18
间隔靶毁伤增强机理的分析介绍
【摘要】：图4.34各层靶板毁伤效应表4.6铜射流侵彻间隔靶数值模拟与实验结果对比2.活性聚能侵彻体毁伤增强机理活性聚能侵彻体利用动能和爆炸化学能耦合作用，实现对间隔靶的毁伤增强。图4.36活性聚能侵彻体作用间隔靶毁伤增强机理在活性聚能侵彻体侵爆耦合毁伤阶段，活性聚能侵彻体到达反应弛豫时间，剩余活性聚能侵彻体与靶后形成的活性材料碎片云剧烈爆燃。
1.铜射流毁伤机理
金属射流主要依靠自身在靶后产生的碎片云和剩余侵彻体对间隔靶产生毁伤。为系统分析金属射流对结构靶毁伤效应，以铜药型罩聚能装药为例，开展数值仿真研究。仿真基于AUTODYN-3D有限元软件，药型罩、炸药、壳体和间隔靶均采用SPH算法建模，计算模型如图4.32所示。
图4.32 铜药型罩聚能装药对间隔靶毁伤效应计算模型
铜射流作用间隔靶的过程如图4.33所示。从图中可以看出，铜射流头部撞击钢锭时，冲击波分别向前和向后传入钢锭和铜射流内部。在侵彻初始阶段，铜射流仅在钢锭上形成了较小侵孔，随着侵彻过程继续进行，一方面，铜射流头部出现蘑菇状变形，使铜射流与靶板之间的接触面积明显增加，导致侵孔直径增大；另一方面，向四周流动的靶板粒子在惯性力的作用下进一步运动，促使侵孔继续扩大，两方面因素共同作用，最终决定侵孔深度和直径。
穿透钢锭和钢板后，铜射流与靶板之间的高速碰撞会在钢板后形成显著的碎片云，如图4.33（b）所示。研究表明，靶后碎片云的大小与靶板厚度、靶板强度紧密相关。进一步观察图4.33（b）可知，第一层铝板毁伤是高速碎片云和剩余铜射流共同侵彻作用的结果，在铝板中间位置形成大侵孔，在侵孔周边形成多个小孔。随着侵彻继续进行，如图4.33（c）和（d）所示，由于铝板密度低、强度小，厚度仅为1.5 mm，因此靶后碎片减少，铜射流撞击铝板后形成的碎片云并不显著，因此后面几层铝板的毁伤主要是依靠剩余铜射流动能造成机械穿孔。值得注意的是，铜射流穿透钢板后形成的碎片速度较高，若铝板较薄、间距较小，高速碎片将会穿透多层铝板，与图4.31所示的实验结果类似。
图4.33 铜射流作用间隔靶过程
在铜药型罩聚能装药的作用下，各层靶板毁伤效应如图4.34所示。各层靶板均出现主穿孔和若干小穿孔。从1号至5号靶板，主穿孔逐渐减小，但在2号和3号靶板上，碎片云产生的小穿孔区域较为显著。随着铜射流速度降低及消耗，在4号和5号靶板上，碎片云产生的小穿孔区域也显著减小。数值模拟与实验结果对比列于表4.6，数值模拟结果与实验结果吻合较好。
图4.34 各层靶板毁伤效应
表4.6 铜射流侵彻间隔靶数值模拟与实验结果对比
2.活性聚能侵彻体毁伤增强机理
活性聚能侵彻体利用动能和爆炸化学能耦合作用，实现对间隔靶的毁伤增强。可首先基于仿真，分析活性聚能侵彻体对间隔靶的侵彻毁伤行为。计算采用SPH算法，活性材料采用Shock状态方程和Johnson-Cook强度模型描述，忽略爆燃反应行为，活性聚能侵彻体作用间隔靶过程如图4.35所示。
图4.35 活性聚能侵彻体作用间隔靶过程
从图中可以看出，与铜射流类似，活性聚能侵彻体首先与钢锭及钢靶作用。穿透钢靶后，活性射流继续运动，与铝靶作用。由于活性药型罩本质上是一种聚合物基复合材料，到达第一层铝靶时，活性聚能侵彻体发生了明显发散。贯穿第一层铝靶后，产生大量碎片云，继续与后续铝靶作用，使靶板不断产生轴向贯穿与径向扩张，但并未最终贯穿最后一层铝靶。
在不同活性药型罩壁厚条件下，活性聚能侵彻体作用间隔靶数值模拟结果分别列于表4.7～表4.9。需要说明的是，数值模拟中未考虑活性聚能侵彻体化学能释放引起的爆燃效应，计算结果仅表征活性聚能侵彻体对间隔靶的动能侵彻效应。通过与实验结果对比，可以看出，数值模拟各层铝靶获得的动能侵彻孔显著小于对应实验中的破裂孔面积，尤其是实验中还有部分铝靶严重变形，甚至出现撕裂效应。以上现象表明，与动能侵彻效应相比，活性聚能侵彻体的爆燃化学能释放反应是引起后效铝靶破裂孔增大的关键因素。
表4.7 活性药型罩壁厚为0.08 CD时数值模拟与实验结果对比
表4.8 活性药型罩壁厚为0.10 CD时数值模拟与实验结果对比
表4.9 活性药型罩壁厚为0.12 CD时数值模拟与实验结果对比
活性聚能侵彻体作用间隔靶毁伤增强机理如图4.36所示。结合数值模拟与实验结果，活性药型罩聚能装药对间隔靶作用过程主要分为活性聚能侵彻体成形、动能侵彻、侵爆耦合毁伤3个阶段。其中，动能侵彻阶段主要分为两个阶段，一是活性聚能侵彻体动能侵彻钢锭和钢靶；二是侵彻钢靶形成的碎片云、活性聚能侵彻体靶后碎片和剩余活性聚能侵彻体共同动能侵彻多层间隔靶。
图4.36 活性聚能侵彻体作用间隔靶毁伤增强机理
在活性聚能侵彻体侵爆耦合毁伤阶段，活性聚能侵彻体到达反应弛豫时间，剩余活性聚能侵彻体与靶后形成的活性材料碎片云剧烈爆燃。由于剩余活性聚能侵彻体依然具有较高速度，在继续对间隔靶产生动能侵彻毁伤的同时，活性材料剧烈爆燃反应，释放大量化学能及气体产物，高温高压气体产物快速膨胀，产生强冲击波，从而导致各层间隔靶产生显著爆裂毁伤。
从毁伤机理的角度分析，活性聚能侵彻体高速动能侵彻间隔靶形成的初始穿孔为裂纹形成创造基本条件，但仅依靠动能，无法使形成的裂纹继续扩大。活性聚能侵彻体在多层间隔靶间的爆燃反应，释放大量化学能及高温高压气体产物，快速膨胀，增强了对间隔靶的进一步毁伤，具体表现为，动能侵彻产生的裂纹进一步扩大，最终导致靶板出现撕裂及结构爆裂毁伤。
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