[发明专利]基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法

权利要求书

1.一种基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法，其特征在于，所述方法包括：

根据弹丸超高速正撞击缓冲板的碰撞速度、弹丸半径以及材料初始声速，得到所述弹丸上任一碰撞接触点形成冲击波的初始冲击波波速；

基于所述初始冲击波波速、弹丸直径、缓冲板厚度以及材料初始声速，得到冲击波衰减时的冲击波马赫数和冲击波波速，进而得到弹丸边缘物质飞散速度；

基于弹丸边缘物质飞散速度，计算弹丸形成的碎片云剥落区的速度分布；基于缓冲板厚度、弹丸半径、材料初始声速和碰撞速度，计算弹丸发生层裂的质量分布；

根据所述碎片云剥落区的速度分布与发生层裂的质量分布，评估缓冲板的防护效果。

2.根据权利要求1所述的基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法，其特征在于，根据所述碎片云剥落区的速度与发生层裂的质量分布，评估缓冲板的防护效果，具体为：

所述弹丸形成的碎片云剥落区的速度分布包括碎片云外轮廓速度和轮廓内速度；

碎片云剥落区外轮廓速度和轮廓内速度数值越大，弹丸和缓冲板材料破碎越充分，缓冲板防护效果越好；

弹丸发生层裂的质量分布越大，碎片云中质量密集部分占比越小，缓冲板防护效果越好。

3.根据权利要求2所述的基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法，其特征在于，将弹丸上的初始碰撞点作为原点，初始碰撞点指向弹丸球心的方向作为z轴的方向，与z轴垂直的方向作为r轴方向，建立随弹丸平移的坐标系，所述碎片云外轮廓速度包括平移速度u_c和膨胀速度u_e，通过下式表示：

式中，u_fz和u_fr分别为弹丸边缘物质飞散速度的z轴分量和r轴分量；

以碎片云外轮廓的中心点为极点，u_c方向为极轴方向，u_et为半径，逆时针为正方向建立极坐标系，得到轮廓内任一点(r_f,ζ)的速度表示为：

式中，u_z和u_r分别为轮廓内任一点速度的z轴分量和r轴分量，r_f和ζ分别为轮廓内任一点的极径和极角，t表示弹丸碰撞缓冲板后经过的时间。

4.根据权利要求1所述的基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法，其特征在于，所述弹丸发生层裂的质量分布η表示为：

式中，

其中，d_p为弹丸发生层裂的深度，V₀为弹丸超高速正撞击缓冲板的碰撞速度，D为弹丸直径，c₀为材料初始声速，a、b和d分别表示材料的第一、第二、第三参数。

5.根据权利要求3所述的基于弹丸碎片云速度和质量分布的缓冲板防护评估方法，其特征在于，通过以下步骤得到所述弹丸中任一碰撞接触点(z_e，r_e)形成冲击波的初始冲击波波速s₀(τ)：

根据以下方程组求取任一碰撞接触点形成冲击波的波后速度增量U(τ)：

式中，

其中，V₀为弹丸超高速正撞击缓冲板的碰撞速度，R为弹丸半径，c₀为材料初始声速，α为该碰撞接触点位置弹丸切线与缓冲板的界面夹角，τ为初始碰撞点到该碰撞接触点的时间间隔；θ_P和θ_T分别为弹丸和缓冲板冲击波后物质微团转角；λ为冲击波波速与物质微团速度线性关系系数；

当上述方程组的两个解不相等时，取数值小的解作为波后速度增量U(τ)；

当上述方程组的两个解相等时，取一个解作为波后速度增量U(τ)，同时，冲击波生成结束，将该时间间隔τ作为结束时刻t₁；

基于波后速度增量U(τ)，通过下式计算所述弹丸中任一碰撞接触点形成冲击波的初始冲击波波速s₀(τ)：

s₀(τ)＝c₀+λU(τ)。