[发明专利]一种半流体侵彻的二维建模方法

说明书

本发明提出一种半流体侵彻的二维建模方法，该方法在动态空腔膨胀理论的基础上，通过引入两个描述侵彻过程中弹体头形的无量纲参量，得到可退化为一维的Alekseevskii‑Tate模型的半流体侵彻二维理论模型。本发明提出的半流体侵彻的二维建模方法能较合理地建立半流体侵彻的二维理论模型，表达式简洁且物理意义明确，可较方便地应用于半流体侵彻二维效应研究，并为长杆动能武器设计和侵彻能力预估提供参考依据。

技术领域

本发明属于武器设计和防护等技术领域，具体涉及一种用于研究半流体侵彻的二维效应和准确评估长杆弹侵彻能力的半流体侵彻的二维建模方法。

背景技术

在低于1.5km/s的低速撞击下，弹体在侵彻过程中基本保持刚性；在超过3.0km/s的超高速碰撞下，将发生完全的流体侵彻，弹靶强度影响可以忽略。在1.5～3.0km/s的速度范围内，弹体作用于靶体上的压力远高于材料强度，弹靶发生严重质量侵蚀，在弹靶界面处接近流体而在远处仍可视作刚体，此即半流体侵彻。目前，Alekseevskii-Tate模型是描述半流体侵彻最经典的理论模型。该模型在具有简洁性的同时能较好反映长杆高速侵彻实验数据的特征，因而得到了广泛应用。

半流体侵彻具有典型的二维特征，弹体头部在侵彻过程中可能出现不同形状：钨合金等传统材料制成的弹体在侵彻过程中出现蘑菇头，而贫铀合金、钨纤维增强金属玻璃制成的弹体在侵彻过程中保持尖锐头部形。半流体侵彻过程中出现的这些不同头形状将影响其侵彻性能。然而，目前的半流体侵彻理论模型一般为一维模型或粗略的二维模型，无法分析头形因素，故需建立考虑侵彻过程中不同弹体头形的二维模型。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种半流体侵彻的二维建模方法，以解决如何开展半流体侵彻二维效应研究和长杆弹侵彻能力评估的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种半流体侵彻的二维建模方法，该二维建模方法包括如下步骤：

S1、假定半流体侵彻过程中弹体头部形状保持不变，引入无量纲特征参量：头形因子N^*和头杆径比η，用于分别体现弹体头部的尖锐程度和弹头材料的径向流动程度

头形因子N^*和头杆径比η的表达式分别为：

η＝R/r

式中，y＝y(x)为头形母线函数，h为弹头在x方向上的长度，R为y方向上的弹头最大半径，r为杆尾部半径；

S2、根据动态空腔膨胀理论，获得弹体头部任意位置处所受径向压应力

弹体头部任意位置处所受径向压应力σ_n表示为：

式中，A和B为两个待定参数，σ_yt为靶体屈服应力，ρ_t为靶材密度；u_n为径向流动速度，与弹体侵彻速度u的关系为：

u_n＝ucosθ

式中，θ为任意位置法线方向与x方向上的夹角；

S3、对步骤S2得到的弹体头部任意位置处所受径向压应力进行曲面积分，得到弹体头部轴线方向侵彻阻力，建立弹体头部力平衡方程：

弹体头部轴线方向侵彻阻力F_x表示为：

F_x＝πR²(Aσ_yt+Bρ_tu²N^*)

弹体头部力平衡方程为：