冰彈超高速撞擊鋁合金靶板的損傷形貌分析-論文.pdf

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1、第30卷第3期應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)、，01．30NO．32013年6月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSJun．2013文章編號(hào)：1000—4939(2013)03-0311-05冰彈超高速撞擊鋁合金靶板的損傷形貌分析陳海波(西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司710089西安)摘要：針對(duì)鋁合金靶板受冰彈丸超高速撞擊時(shí)所產(chǎn)生的類8字形和類橢圓形損傷形貌，采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法，利用彈性力學(xué)理論對(duì)損傷形貌的生成機(jī)理進(jìn)行分析研究。以靶板撞擊點(diǎn)為原點(diǎn)建立力學(xué)模型，分析在彈丸撞擊靶板瞬問，靶板撞擊點(diǎn)處各方向上的應(yīng)力分布情況。分析結(jié)果表

2、明：在靶板撞擊點(diǎn)處各方向上的應(yīng)力分布不均勻，呈類8字形分布；當(dāng)撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力超過材料的屈服極限后材料開始塑性變形，從而導(dǎo)致靶板產(chǎn)生類8字形的鼓包；當(dāng)撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力超過材料的斷裂極限后材料開始撕裂，撕裂后的損傷區(qū)域總體上呈現(xiàn)類橢圓形。這說明靶板撞擊區(qū)的類8字形和類橢圓形損傷形貌是由材料的彈性效應(yīng)導(dǎo)致的。關(guān)鍵詞：冰彈丸；超高速撞擊；鋁合金靶板；8字形；橢圓形中圖分類號(hào)：V423．4；O347文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADoI：l0．11776／cjam．30．03．B05220km／s。由于其攜帶有巨大的動(dòng)能，如果與航天器1引言相撞，后果將非常嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)毀人亡。

3、因此研究冰彈丸的高速撞擊損傷特性對(duì)在軌航天器的云層有時(shí)會(huì)含有大量的冰雹，遇到此種情況時(shí)安全運(yùn)行也有著重要的意義LIJ。民用飛機(jī)一般會(huì)避開云層飛行，但對(duì)于一些在極端對(duì)靶板受彈丸超高速撞擊現(xiàn)象的研究，學(xué)術(shù)界環(huán)境下作業(yè)的飛機(jī)(如戰(zhàn)斗機(jī))，出于特殊目的甚至一直采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法；但超高速會(huì)故意選在冰雹云層中高速飛行，這種情況下飛機(jī)撞擊機(jī)理非常復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一說法，所以仍以與冰粒撞擊的概率會(huì)大大提高。當(dāng)冰雹與飛機(jī)的相實(shí)驗(yàn)研究為主。在穿甲侵徹領(lǐng)域，最初將彈丸簡(jiǎn)化對(duì)速度較低時(shí)，由于鋁合金蒙皮的力學(xué)性能高于冰，為剛體來考慮，不考慮彈丸的變形，從而進(jìn)行相應(yīng)

4、所以飛機(jī)蒙皮幾乎沒有損傷或只有輕微的擦傷，不的理論分析。隨著反穿甲材料的發(fā)展，反穿甲材料影響飛機(jī)的安全飛行。然而，近些年隨著飛機(jī)(特別的力學(xué)性能得到了大幅度提高，子彈與靶板材料之是軍用飛機(jī))的進(jìn)一步提速，冰粒對(duì)飛機(jī)的損傷程度間力學(xué)性能的差距越來越小，有很多靶板材料的力和潛在危險(xiǎn)也在逐漸增大。因此研究鋁合金靶板在學(xué)性能甚至超過了穿甲彈材料的力學(xué)性能，在穿甲冰彈丸撞擊下的損傷形貌有著很重要的意義。理論研究方面人們開始注意到了這一變化，并進(jìn)行另外，在宇宙空間中也存在大量冰質(zhì)微流星積極的理論探索珥J。體，冰質(zhì)微流星體相對(duì)于在軌航天器的平均速度為基金項(xiàng)目：國(guó)防科

5、工委空間碎片專項(xiàng)基金收稿日期：2012—05-08修回日期：2013_03—19第一作者簡(jiǎn)介：陳海波，男，1984年生，碩士，西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，設(shè)計(jì)員；研究方向——飛機(jī)強(qiáng)度分析、沖擊動(dòng)力學(xué)。E—mail：superboyc@163．corn第3期墮童墊!堂塑壹望絲童塑魚全塑堡塑塑塾坌塹一蘭———————————_———————————_—●——————●——————_—_———————————_—————-———————●-————————-———●————_————————————————————一。一面c、平面Qc、平面QAB的夾角

6、分別為0、o"N=120"x+m+2lmr~、；cos0=l，COSO~=，cosfl=；另外，=o-~cos0+G．cosa+2r~,cos0cosaSa=lAs，c=mAs，∞：nAs。設(shè)四面法線Ⅳ與z軸垂直，根據(jù)幾何關(guān)系可知體QABC的體積為Av，斜面ABC上的全應(yīng)力P和0+：體力廠在各坐標(biāo)軸方向的分量分別為、P、Pz和由此可得{{、{z。COSO~=sin0，O"N=cos+仃ysin+sin20(5)式(5)左右兩邊對(duì)0求導(dǎo)可得一2COS0sin0+2COSn0+2vvc0s2d=√+sin(y+)@其中：A=一；B=2；=20；0≤0≤2丁

7、c；．：arcs1n—====一0圖6平面ABC與各面之間的夾角不葸圖√+BFig．6TheanglebetweenABC—surfaceandothersurfaces式(6)的周期=初相~o=arcsin卉；由四面體的受力平衡條件∑Px：0可得PAs—lcrAs—mrAs—rl'l"As+Av=0在∈[0，27c]內(nèi)，專手=0有四個(gè)解，相鄰解的相位等式左右同除以得差為。四個(gè)解分別為+_0arcs1n———============由于Av是的高階無窮小，即Av=0()，：一：±旦：J．22所以lim：o和均略去，則有．As--~tlAsarCS1n—

8、：I：===一P=lo-x+m,t'yx+nZ'zx(1)=一：±旦：+尢2同理，由受力平衡條