[发明专利]柱形弹丸撞击下空间碎片防护结构弹道极限方程获取方法

摘要

本发明公开了一种柱形弹丸撞击下空间碎片防护结构弹道极限方程获取方法，包括等效原则转化、仿真计算、确定速度分段点、定义形状系数、形状系数方程拟合、获得柱形弹丸弹道极限方程等步骤，通过将形状系数方程分别带入仿真计算的方程获得可表征不同长径比柱形弹丸撞击效应的弹道极限方程。通过本发明获得的柱形弹丸弹道极限方程，只需少量试验进行校准、修正，就可为工程设计提供参考，具有明显的实用价值。

主权项

1.柱形弹丸撞击下空间碎片防护结构弹道极限方程获取方法，包括以下步骤：(1)等效原则转化采用质量等效原则，将不同长径比柱形弹丸统一转化为同等质量球形，获得对应的等效球形弹丸直径，转化关系如下：dc＝(6M/πρp)1/3式中M为柱形弹丸质量，ρp为柱形弹丸材料密度，dc为等效后对应的球形弹丸直径；(2)仿真计算基于流体动力学仿真系统，防护结构材料选用状态方程、本构模型，对应状态方程为Tillotson方程，本构模型为Johnson‑Cook模型，防护结构几何参数与试验工况相同；在仿真模型有效性验证的基础上开展仿真计算，将撞击后防护结构后墙发生层裂或穿孔作为失效准则，此时对应的弹丸质量称为临界弹丸质量,对应的弹丸直径称为等效临界弹丸直径；(3)确定速度分段点基于柱形弹丸的等效临界弹丸直径随撞击速度的变化趋势，确定柱形弹丸不同长径比下对应的速度分段点；(4)定义形状系数经典弹道极限方程根据速度的不同分为三个区域，分别弹道区、破碎区、熔化/汽化区，其中弹道区、熔化/汽化区方程均是基于固体粒子建立的侵彻方程；其中在弹道区方程、熔化/汽化区方程中引入基于无量纲长径比f的形状系数K(f)：式中dc＝(6Mcy/πρp)1/3为利用质量等效原则，将非球形弹丸转化为同质量球形弹丸对应的直径；ρp为弹丸密度(g/cm3)；ρb为防护屏密度(g/cm3)；tw为后板厚度(cm)；S为防护间距(cm)；v0为弹丸撞击速度(km/s)；θ为撞击速度与靶板法线方向夹角(°)；σ为后板屈服强度(ksi)；将仿真获得的等效临界弹丸直径、防护结构参数、撞击速度、以及不同长径比下对应的速度分段点带入方程(1)，获得对应速度条件下的形状系数K；(5)形状系数方程拟合无论是弹道区还是熔化/汽化区，柱形弹丸形状系数随长径比变化明显，而同一长径比下形状系数随撞击速度变化不大，由此认为柱形弹丸形状系数只与长径比相关，与撞击速度无关，对弹道区、熔化/汽化区形状系数进行拟合，获得与长径比f相关的形状系数方程；(6)获得柱形弹丸弹道极限方程将形状系数方程K1(f)、K2(f)分别带入方程(1)获得可表征不同长径比柱形弹丸撞击效应的弹道极限方程。