破片毁伤效应与防护技术

　　本书以破片毁伤效应以及典型防护结构设计方法为主题，以不同材料、结构破片对不同结构靶体毁伤效应研究为主线，针对钨合金破片对低碳钢极限穿深，超高强度合金钢破片对高强度低合金钢、钢/纤维复合结构、钢/纤维/钢复合结构的贯穿效应，以及柱面薄壳装药引燃/引爆等问题开展研究。本书对破片毁伤效应的经典内容进行了充实和深化，并补充了高速破片防护复合结构的设计方法，概念明确、条理清晰、重点突出、内容翔实，可供从事弹药及毁伤评估研究的科研人员和技术人员学习参考。

　　徐豫新，男，1982年生，河北乐亭人。北京理工大学机电学院副教授、博士研究生导师，主要从事新型材料动态力学行为及应用技术、毁伤效能评估技术、战斗部数字化设计技术研究，担任“高能量密度材料”教育部重点实验室副主任，某国防重大专项总师助理，中国兵工学会爆炸与安全专业委员会总干事，毁伤评估技术专业委员会干事，中国人民解放军海军XX抗冲击实验室顾问，海军XX抗冲击研究试验中心顾问，已授权发明专利6个，获得软件著作权6个，公开发表学术论文40余篇，其中SCI收录6篇，EI收录20余篇，获部级三等奖1项。

第 1章绪论001
1．1研究意义002
1．2破片效应研究简史004
1．3问题的提出与分析005
1．4前人工作综述008
1．4．1破片的侵彻与贯彻008
1．4．2破片对炸药装药的撞击起爆011
第 2章钨合金破片对有限厚度金属靶的贯穿极限015
2．1引言016
2．2着靶速度及分类017
2．3有限厚金属靶的破片穿甲试验018
2．3．1弹靶撞击响应现象及分类018
2．3．2试验系统019
2．3．3试验结果及分析023
2．3．4讨论032
2．4破片破坏机理及判据033
2．4．1破片破坏响应现象及机理033
2．4．2破片侵蚀/破碎判据042
2．4．3讨论047
2．5钢靶靶孔孔径计算049
2．5．1靶孔入口处微观表面观察049
2．5．2靶孔孔径计算模型051
2．6有限厚金属靶的破片穿甲数值模拟056
目录2．6．1计算应用程序056
2．6．2应用程序理论058
2．6．3几何模型及离散化058
2．6．4材料描述059
2．6．5计算结果及分析061
2．7钨合金破片穿甲极限能力计算064
2．7．1破片侵彻中的能量转换064
2．7．2极限贯穿厚度计算066
2．8小结067
第3章韧性钢破片高速侵彻高强度低合金钢069
3．1引言070
3．2试验研究用靶体钢力学性能测试与分析071
3．2．1高强度低合金（HSLA）钢简介071
3．2．2试验研究用钢及静力学性能测试072
3．2．3试验研究用靶体钢动态力学性能测试074
3．2．4试验研究用靶体钢的Johnson-Cook模型参数拟合075
3．3试验研究用破片及靶体结构078
3．4试验目的、原理与方法080
3．4．1试验目的080
3．4．2试验原理与方法080
3．5试验内容081
3．6试验结果081
3．7弹道极限v50的分析计算模型083
3．7．1破片侵彻量纲分析083
3．7．2弹道极限分析计算模型084
3．7．3模型检验与修正088
3．8数值仿真模型100
3．9材料描述102
3．9．1材料本构方程102
3．9．2材料状态方程103
3．9．3失效模型104
3．10数值仿真结果及分析104
3．10．1仿真模型检验104
3．10．2破片对6～8 mm厚合金钢靶板的侵彻仿真106
3．10．3弹道极限分析计算模型修正与形式转换109
3．10．4破片贯穿合金钢靶板后剩余速度数值仿真118
3．10．5破片贯穿合金钢靶板后剩余速度工程计算模型124
3．11小结126
第4章韧性钢破片对钢/纤维复合结构侵彻性能分析方法129
4．1引言130
4．2钢、纤维复合（装甲）结构特征131
4．2．1复合（装甲）结构131
4．2．2纤维增强复合材料132
4．3纤维材料性能相关性分析与选择132
4．3．1增强体种类及影响134
4．3．2基体种类及影响136
4．3．3基体含量及影响137
4．3．4纤维增强复合材料的应变率效应139
4．4复合材料选型与力学性能测试141
4．4．1选型试验141
4．4．2力学性能测试142
4．5破片对复合结构侵彻试验研究144
4．5．1试验目的144
4．5．2试验内容145
4．5．3试验结果及分析146
4．5．4分析讨论154
4．6破片侵彻钢/纤维复合结构理论分析模型156
4．6．1无间隔复合结构156
4．6．2有间隔复合结构161
4．7破片对钢/纤维复合结构侵彻数值仿真研究162
4．7．1数值仿真及接触算法162
4．7．2复合材料仿真模型及参数163
4．8破片对无间隔复合结构侵彻效应的数值仿真164
4．8．1仿真计算模型检验164
4．8．2纤维材料板厚度对破片侵彻效应的影响规律165
4．9破片对有间隔复合结构侵彻效应的数值仿真181
4．9．1仿真计算结果检验181
4．9．2纤维材料板厚度对破片穿甲效应的影响规律184
4．10有无间隔条件下复合结构比吸收能对比195
4．11小结198
第5章钢/纤维复合结构抗破片侵彻优化设计方法及应用201
5．1引言202
5．2复合结构防护性能优化设计所关心问题203
5．3钢/纤维复合结构抗破片侵彻优化设计方法204
5．3．1合金钢板与纤维板无间隔层合复合结构204
5．3．2合金钢板与纤维材料板有间隔层合复合结构205
5．4钢/纤维复合结构抗破片侵彻优化设计实例与结果验证207
5．4．1设计实例的防御目标207
5．4．2钢/纤维复合结构尺寸设计207
5．4．3钢/纤维复合结构抗破片侵彻性能验证214
5．5小结216
第6章韧性钢破片对钢/纤维/钢复合结构的侵彻与贯穿效应217
6．1引言218
6．2韧性钢破片对不同夹层材料复合结构侵彻试验219
6．2．1试验系统及方法219
6．2．2试验及结果222
6．2．3讨论224
6．3韧性钢破片对不同特征复合结构的侵彻与贯穿226
6．3．1不同结构特征复合结构的破片穿甲试验227
6．3．2不同特征复合结构的破片穿甲数值模拟234
6．3．3临界贯穿条件下的能量转换237
6．4韧性钢破片剩余速度、动能消耗与着速的相关性245
6．4．1破片剩余速度与着速的相关性245
6．4．2破片动能消耗与着速的相关性248
6．5小结255
第7章超高强度弹体钢的动力学行为257
7．1引言258
7．2试验用材料简介259
7．335CrMnSiA钢准静态力学性能260
7．3．1准静态拉伸测试260
7．3．2准静态压缩测试261
7．3．3准静态加载下35CrMnSiA钢断口组织分析263
7．435CrMnSiA钢SHPB动态压缩测试264
7．4．1试验原理与装置264
7．4．2试验结果与分析265
7．4．3中应变率下35CrMnSiA钢失效行为分析269
7．4．4一维应力状态下35CrMnSiA钢失效判据269
7．535CrMnSiA钢平板撞击试验研究272
7．5．1试验原理与装置272
7．5．2试验结果与分析280
7．5．3高压高应变率下35CrMnSiA钢可逆α→ε相变294
7．6小结298
第8章大质量超高强度弹体钢破片对低碳合金钢的侵彻效应301
8．1引言302
8．23种低碳合金钢的化学组分及静、动态力学性能303
8．2．1化学组成及热处理工艺303
8．2．2准静态力学性能304
8．2．3动态压缩性能306
8．335CrMnSiA钢对低碳合金钢侵彻试验结果及分析309
8．3．1试验原理与装置309
8．3．2试验结果与分析309
8．43种低碳合金钢失效行为与判据312
8．4．13种低碳合金钢金相组织分析312
8．4．235CrMnSiA钢弹体高速撞击下3种低碳合金钢的
失效判据315
8．5高速撞击下超高强度合金钢平头圆柱弹体损伤演化规律317
8．5．1回收35CrMnSiA钢弹体剩余质量变化规律317
8．5．2超高强度合金钢弹体损伤演化规律322
8．6小结326
第9章破片对柱面薄壳装药的引爆/引燃329
9．1引言330
9．2柱面薄壳装药的破片撞击试验331
9．2．1试验系统及方法332
9．2．2试验及结果335
9．2．3靶标内受损炸药的微观观察337
9．2．4讨论339
9．3柱面薄壳装药破片撞击引爆/引燃机制341
9．3．1壳体屏蔽装药的撞击引爆/引燃机制341
9．3．2柱面薄壳装药破片撞击引爆数值模拟343
9．3．3柱面薄壳装药破片撞击后冲击波效应引爆阈值377
9．3．4讨论382
9．4薄壳装药破片撞击后机械效应引爆/引燃相关性383
9．4．1壳体材料对装药引爆/引燃响应特征的影响383
9．4．2破片材料对装药引爆/引燃响应特征的影响387
9．4．3小结390
9．5薄壳装药破片撞击引爆/引燃判据390
9．5．1薄壳装药破片撞击引爆/引燃判据表征390
9．5．2薄壳装药破片冲击引爆/引燃判据验证393
9．6小结395
参考文献397
索引426