混凝土破障弹侵彻深度分析与计算方法

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1、第16卷第2期军械工程学院学报VOI.16NO.22004年4月JournalofOrdnanceEngineeringCollegeApr.，2004文章编号：1008-2956（2004）02-0015-05混凝土破障弹侵彻深度分析与计算方法王军波，傅廷伟，张军挪（军械工程学院弹药工程系，河北石家庄050003）摘要：为了提高混凝土破障弹的威力，必须提高其侵彻深度。通过分析破障弹侵彻过程中各种阻力功及振动波耗能，提出了一种破障弹侵彻深度的计算方法，并结合制式弹丸进行了具体计算。关键词：混凝土破障弹；侵彻深度；计算方法中图分类号：TJ414文献标识码：A钢筋混凝土永久

2、防御工事由若干层钢筋和强化混凝土浇灌而成，厚度达0.5~2.5m，一般榴弹根本无法摧毁，必须研制各种混凝土破障弹。破障弹的威力以穿透混凝土工事墙的厚度和形成贯穿洞的直径来衡量，因此研制破障弹的关键是提高侵彻深度。本文通过研究弹丸侵彻过程中的受力情况，分析影响侵彻深度的各种因素，以能量守恒原理确定了计算弹丸侵彻深度的方法。最后以某滑膛炮破障弹为例进行了具体计算，对合理设计混凝土破障弹具有一定的理论指导意义。1弹丸结构参数设定假设混凝土破障弹结构参数如图1所示。其中，!为弹丸尖头锥角；l1为上定心部宽度；l2为定心部净间距；l3为下定心部宽度；l4为弹丸尖头部轴向长度；r1

3、为弹丸半径，弹丸质量为m。2弹丸着靶动能计算弹丸着靶动能Wz为：2Wz=mVz/2，（1）式中，Vz———弹丸着靶速度。弹丸着靶速度Vz为：Vz=V0-Vj，（2）式中，V0———弹丸初速；Vj———弹丸飞行中的速度降。在弹径及弹丸重量一定的条件下，要提高着靶动能必须提高弹丸初速和减小飞行中的速度降。假设火炮一定，破障弹弹丸重量与现装备榴弹相同，则可以通过优化发射装药结构，采用高热能装药等来提高平均膛压，从而提高弹丸初速。弹丸初速与平均膛压的关系为：1V=V（P/P）2，（3）020112式中，V01———榴弹初速；V02———破障弹初速；P1———榴弹常温平均最高膛压

4、：P2———破障弹平均最高膛压。为了减小弹丸飞行中的速度降，破障弹前端均装有风帽，计算侵彻深度时设距目标800~1000m发射，速度降取90m/S。收稿日期：2003-09-10；修回日期：2004-02-01作者简介：王军波（1964—），男，博士，副教授.16军械工程学院学报20043弹丸穿入混凝土阻力功计算弹丸侵彻过程如图2所示，弹丸锥头尖从01点开始进入混凝土表面AC，到达03点停止。弹丸锥头大端D1的行程S定义为弹丸的侵彻深度。从01点至锥头大端进入AC表面，弹丸所受阻力从零逐渐变大，D1进入AC表面后，弹丸锥头部阻力即保持不变，弹丸在混凝土中前进过程中，要克

5、服4种阻力做功。3.1弹丸锥头部轴向阻力功由图2可知，弹丸锥头部轴向阻力功W1为：W1=ppi（S+x），（4）［1］式中，ppi———弹丸锥头部轴向阻力总和；x———锥头部轴向应力分布中心距锥头大端D1平面的垂直距离。3.2弹丸锥头部径向阻力功弹丸锥头部径向阻力功W2为：W2=pci（yS+x）/l4，（5）式中，pci———弹丸锥头部径向应力总和（由文献［1］给出的锥头弹丸平面应力分布曲线确定）；y———锥头部径向应力分布中心至锥头大端D1外圆表面的垂直距离。3.3摩擦阻力功摩擦阻力功W3包括2部分，即弹丸上定心部圆柱表面与混凝土摩擦阻力功W31和弹丸下定心部圆柱表

6、面与混凝土摩擦阻力功W32。如图1所示，在弹丸锥头部挤进混凝土的过程中，接触锥头表面的混凝土形成压碎区，被压碎的混凝土颗粒崩落，在混凝土表面产生一个约45的锥形孔。锥形孔大头半径为rB，孔深为rB-r1，因此弹丸上定心部运动到B点时才开始与混凝土接触，产生摩擦阻力做功，其计算公式为：W31=2!r1l1!rA［fS-l1/2-（rB-r1）］，（6）［2］式中，!rA———圆柱表面压应力；f———弹丸与混凝土摩擦系数，取0.3；rB———混凝土压碎区外圆半径。当下定心部通过混凝土时，属于二次加载，由于首次加载后有较多的残余变形，同样的应变量，二次加载时的应力要小于首次加

7、载时的应力。而且，为了排出定心部间的灰尘和颗粒，下定心部外圆表面开有排尘槽，实际接触面积减小一半，因此下定心部摩擦阻力功为：W32=2!r1l3k!rA［fS-l1-l2-l3/2-（rB-r1）］/2，（7）式中，k———二次加载比首次加载应力减小系数，取0.84。总的摩擦阻力功为：W3=W31+W32。（8）4振动波耗能计算弹丸在混凝土中冲击前进，在弹丸锥面径向压力的作用下，径向各处混凝土向外产生不同速度、不同位移的运动。因钢筋混凝土有弹性，质点到达最大位移后，又回弹，从而产生振动波，要消耗一部分弹丸的动能。4.1第1周期振动波能计算