同时，冲击波传入靶体，在径向产生压应力和应变，在切向产生拉应力与应变。由于混凝土靶体材料的抗拉强度远低于抗压强度，因此靶体首先在拉应力作用下发生断裂，形成径向裂纹。气体产物沿裂纹区扩散，导致裂纹进一步扩展，造成本体功能型硬目标结构爆裂毁伤。图6.33混凝土靶爆裂毁伤计算模型混凝土靶体中最终裂纹长度取决于高压气体产物膨胀，而爆燃压力直接取决于进入侵孔内活性材料的质量。......
2023-06-18
间隔靶爆裂毁伤模型优化方案
【摘要】：图4.37间隔靶上爆燃超压分布作用于铝靶的超压可简化为三角形载荷q，从中部到边缘呈线性递减分布。与此同时，应力强度因子KI线性上升为断裂韧性KIC。根据4.3.1节中活性药型罩聚能装药作用间隔靶实验，通过数值模拟可计算出对应meff和ai，具体计算结果列于表4.10。将F值代入式，可得到活性聚能侵彻体动能和化学能联合作用下铝靶爆裂毁伤面积，如图4.39所示。图4.38X与S间的拟合关系图4.39活性聚能侵彻体对铝靶毁伤面积
活性聚能侵彻体通过动能与爆炸化学能时序联合作用，实现对间隔靶的高效毁伤。活性聚能侵彻体爆燃反应释放大量化学能，高温高压气体产物快速膨胀产生超压，作用于铝靶，导致铝靶结构产生爆裂，超压分布如图4.37所示。
图4.37 间隔靶上爆燃超压分布
作用于铝靶的超压可简化为三角形载荷q，从中部到边缘呈线性递减分布。2ai为动能作用产生的侵孔直径，2bi为动能和化学能联合作用造成的最终侵孔平均直径。在初始作用阶段，铝靶主要发生弹性响应，拉应力σ可表述为
式中，δ为铝靶隆起高度；E为铝靶杨氏模量。
铝靶应力强度因子KI可表述为
式中，S′为与材料有关的参数。
铝靶中拉伸应力达到临界值时，将发生结构破坏并形成明显破裂侵孔。与此同时，应力强度因子KI线性上升为断裂韧性KIC。在此基础上，将式（4.28）代入式（4.29），通过KIC替代KI，可得铝靶隆起高度临界值δc
与此同时，铝靶隆起高度δ也可表述为
式中，P为活性材料爆燃反应产生的超压；Δt为超压有效作用时间；ρ为铝靶密度；h为铝靶厚度；B是常量。
联立式（4.30）和式（4.31），则活性聚能侵彻体动能和爆炸化学能联合作用下，铝靶上形成破裂侵孔的平均半径b可表述为
式中，C为常量，且
基于式（4.32）和式（4.33），破裂侵孔平均半径b可进一步表述为
式中，D为常量。
假设铝靶上形成的破裂侵孔为规则圆形，则铝靶上最终破裂侵孔面积为
式中，F为常量。相关研究表明爆轰作用时间Δt约为40 ms；铝靶杨氏模量E、断裂韧性KIC和ρ分别为68 000 MPa、44 MPa·m1/2和2.74 g/cm3。
从式（4.35）可以看出，在活性聚能侵彻体动能与爆炸化学能联合作用下，多层间隔靶破裂侵孔面积与随进活性材料质量、动能侵孔面积成正比，但相对于动能侵孔面积，进入钢锭后的活性材料质量对其影响更为显著。
为了进一步分析活性材料质量meff和动能侵孔半径ai对后效铝靶最终破裂侵孔面积的影响，对任意一层后效铝靶，参数meff和ai能通过数值模拟获得。根据4.3.1节中活性药型罩聚能装药作用间隔靶实验，通过数值模拟可计算出对应meff和ai，具体计算结果列于表4.10。需要说明的是，对每层铝靶，活性材料质量meff是指位于该层铝靶上方的活性材料质量，而位于该层铝靶下方的活性材料对该层铝靶的作用可以忽略。这是因为反应中的活性材料仍具有很高的宏观速度，从而直接导致爆燃反应生成的气体产物具有很高的宏观速度，爆燃产物主要作用位于自身下方的铝靶，对自身上方铝靶的影响较小。
表4.10 参数meff、ai和S的关系
续表
在此基础上，设
为变量X，则变量X和S之间的关系可根据实验与数值模拟结果拟合获得，如图4.38所示。所得F拟合值为0.11 mm-2 s-2。将F值代入式（4.35），可得到活性聚能侵彻体动能和化学能联合作用下铝靶爆裂毁伤面积，如图4.39所示。从图中可以看出，活性药型罩聚能装药对间隔靶毁伤增强效应不仅与活性聚能侵彻体的动能侵彻能力密切相关，还显著受活性材料爆燃反应影响。针对典型装甲防护类目标，在防护装甲的基础上，更多活性材料进入目标内部，释放的化学能及高温气体产物将大幅增强后效毁伤威力。
图4.38 X与S间的拟合关系
图4.39 活性聚能侵彻体对铝靶毁伤面积
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2023-06-23
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