[发明专利]一种与缩尺效应和应变率效应相关的弹体侵彻深度预估计算方法

说明书

本发明涉及一种与缩尺效应和应变率效应相关的弹体侵彻深度预估计算方法，包括：获取弹体质量m、弹体直径D、靶体初始密度ρ、弹头形状因子N^*、初始速度V₀、混凝土介质的混凝土抗压强度f_c值，计算弹体侵彻深度。本发明是在试验与理论分析的基础上，通过对Forrestal公式中混凝土介质的静阻力函数R的分析，得到经过修正的R_修的计算公式，R_修的计算方法是考虑缩尺效应以及应变率效应得到的，代入Forrestal公式后，得到修正后弹体侵彻深度Z_修的计算公式，该公式的总体计算误差小，计算结果更科学合理，尤其是在计算大质量弹体的侵彻深度时其计算结果精度高，且对弹体撞击速度高或低、质量大或小均适用。

技术领域

本发明涉及弹体侵彻效应的计算，具体是一种与缩尺效应和应变率效应相关的弹体侵彻深度预估计算方法。

背景技术

为满足工程应用需求，弹体侵彻效应的最终研究成果主要体现在各种预测弹体侵彻深度计算公式/方法的提炼上。最初的经验公式完全依赖试验，从试验中总结规律并建立公式，这些公式为纯经验公式，由于经验公式具有简便实用、适用范围内准确度高等优点，因而一直受到广泛重视，并被各国相关设计手册所采用。目前公布的侵彻公式达40多个，在各自适用范围内与试验结果符合较好，但都存在不同程度的不足之处。在这类计算公式中Forrestal公式极具代表性。该公式的鲜明特征是以空腔膨胀理论(CET)为基础，给出了弹体侵彻方程及其显示解，其中与靶标材料性质相关的静阻力函数通过侵彻试验结果反推，尽管作了某些简化和假设，但理论模型基本合理，且量纲相符，从理论上来说该类公式具有一定的发展前景。

Forrestal公式的表达式如下：

其中，

上述公式中，Z为最终侵彻深度，V₀为弹体初始速度，m为弹体质量，c为待定系数，D为弹体直径，ρ为靶体初始密度，N^*为弹头形状因子，V_k为成坑阶段结束后弹体的剩余速度，R为混凝土介质的静阻力函数。

Forrestal等通过试验结果进一步给出了混凝土介质R的表达式：

R＝Sf_c (4)

或

为了验证Forrestal公式的准确性，本发明人依据试验所建立的侵彻数据库中的291组数据，采用Forrestal公式进行了验证计算，计算表明：

1、Forrestal公式在其适用范围内，计算误差一般可控制在±20％之内。

2、对于建立Forrestal公式所依赖的数据源，计算误差一般比其它数据源小。这是所有经验公式的共性，在其依赖的试验数据范围内，误差较小，当计算域超出所依赖的试验条件范围之外，从统计上看，误差一般呈增大趋势。

3、随弹体质量的增加，计算误差明显增大，随弹体速度的增加，计算误差呈上升趋势。

4、R的确定过于简单和粗糙，一是参与拟合的试验数据不仅子样少，而且分布范围窄，二是R仅与混凝土的抗压强度有关，本发明人对侵彻数据库中的291组数据采用公式(3)计算R时，得到R随f_c、 d(弹径)、V(弹速)变化的大致规律如下：

4.1、随f_c增大，R增大，在同一f_c情况下，R有区别，这是由于其它因素不同造成，下同；

4.2、随D增大，R呈明显减小趋势，这表明存在明显的缩尺效应；

4.3、随V增加，R呈增大趋势，这表明存在明显的应变率效应。