复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

钟卫洲; 宋顺成; 张方举; 张青平; 黄西成; 李思忠; 卢永刚

doi:10.11858/gywlxb.2009.01.013

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复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

钟卫洲 , 宋顺成 , 张方举 , 张青平 , 黄西成 , 李思忠 , 卢永刚

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Citation:

复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

1.
西南交通大学应用力学与工程系，四川成都 610031；
2.
中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621900

通讯作者: 钟卫洲;

Research on Behavior of Composite Material Projectile Penetrate Concrete Target

1.
Department of Applied Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;
2.
Institute of Systems Engineering, CAEP, Mianyang 621900, China

Corresponding author: ZHONG Wei-Zhou

摘要: 利用碳纤维复合材料壳体和金属弹头组成的复合弹体，对混凝土靶进行了高速侵彻实验，弹体分别以336、447和517 m/s的速度对强度为30 MPa、厚度为200 mm的混凝土靶进行正侵彻和30斜侵彻。实验结果表明：碳纤维复合材料壳体具有较高的强度，在高速侵彻靶体的过程中弹体结构能够保持完整，复合材料壳体没有纤维分层和断裂产生。相对于同样结构尺寸的金属弹体（将复合材料壳体替换为密度7.8 g/cm3的金属材料），复合材料弹填充物的质量分数（18.5%）约为金属弹体的两倍，因此采用轻质高强复合材料替代高密度金属弹身，不仅可以提高弹体装填比、增加比毁伤威力，而且还具有较高的侵彻能力。
- 复合材料 /
- 侵彻 /
- 碳纤维 /
- 装填比 /
- 混凝土
Abstract: Projectiles made of carbon fiber composite material shell and metal warhead have penetrated concrete targets at the speed of 336, 447 and 517 m/s, respectively. The angles are 0 and 30 between the perpendicular of target surface and projectile axes. The thickness of concrete target is 200 mm and its compression strength is 30 MPa. The experimental results indicate that the strength of composite material structure is strong. The composite projectile can go through the concrete target without fiber segregation and breakage. Given the same size of the projectile, the mass percent of filler is 18.5% in the composite material projectile, which is about twice of the metal (density of metal is takes as 7.8 g/cm3) projectile. Comparing to metal projectile, little density, high strength composite material projectile can lessen weight, improve charge-weight ratio of powder and enhance specific damage powder.
- composite material /
- penetration /
- carbon fiber /
- charge-weight ratio /
- concrete

[1]	Lawrence Livermore National Laboratory. A New Generation of Munitions [R]. STR, 2003: 20-22.
[2]	Naik N K, Shrirao P. Composite Structures under Ballistic Impact [J]. Composite Structures, 2004, 66: 579-590.
[3]	Lawrence Livermore National Laboratory. Leveraging Science and Technology in the National Interest [R]. STR, 1999: 4-11.
[4]	Huang C G, Shi M W, Duan Z P. Review on the Dynamic Behaviors and Penetration of the Composites Helmet under Impact Loading [J]. Advances in Mechanics, 2000, 30(2): 239-251. (in Chinese)
[5]	黄晨光, 施媚梧, 段祝平. 头盔用复合材料抗侵彻性能研究进展 [J]. 力学进展, 2000, 30(2): 239-251.
[6]	Mouritz A P, Gellert E, Burchill P, et al. Review of Advanced Composite Structures for Naval Ships and Submarines [J]. Composite Structures, 2001, 53: 21-41.
[7]	Zhang Z G, Huo G, Zhang D X, et al. Study on Ballistic Energy Absorption of Fiber Composites [J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 1998, 15(2): 74-81. (in Chinese)
[8]	张佐光, 霍刚, 张大兴, 等. 纤维复合材料的弹道吸能研究 [J]. 复合材料学报, 1998, 15(2): 74-81.
[9]	Mei Z Y, Zhu X, Liu Y H, et al. The Developments of Fibre-Reinforced Composite Laminates under Ballistic Impact [J]. Advances in Mechanics, 2003, 33(3): 375-388. (in Chinese)
[10]	梅志远, 朱锡, 刘燕红, 等. 纤维增强复合材料层合板弹道冲击研究进展 [J]. 力学进展, 2003, 33(3): 375-388.
[11]	Richardson M O W, Wisheart M J. Review of Low-Velocity Impact Properties of Composite Materials [J]. Composites Part A, 1996, 27A: 1123-1131.
[12]	Christoforou A P. Impact Dynamics and Damage in Composite Structures [J]. Composite Structures, 2001, 52: 181-188.
[13]	Iremonger M J, Went A C. Ballistic Impact of Fiber Composite Armours by Fragment-Simulating Projectiles [J]. Composites, Part A, 1996, 27A: 575-581.
[14]	Shen G L, Hu G K. Mechanics of Composite Materials [M]. Beijing: Publish House of Tsinghua University, 2006: 13-17. (in Chinese)
[15]	沈观林, 胡更开. 复合材料力学 [M]. 北京: 清华大学出版社, 2006: 13-17.

[1]	王可慧 , 初哲 , 周刚 , 王金海 , 朱玉荣 , 闵涛 , 韩娟妮 . 串联动能侵彻弹侵彻混凝土靶研究. 高压物理学报, 2005, 19(1): 93-96 . doi: 10.11858/gywlxb.2005.01.016
[2]	练兵 , 蒋建伟 , 门建兵 , 王树有 . 高速长杆弹对混凝土靶侵彻规律的仿真分析. 高压物理学报, 2010, 24(5): 377-382 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.05.010
[3]	杨阳 , 何涛 , 文鹤鸣 . 弹体侵彻混凝土靶板过程中磨蚀问题的计算. 高压物理学报, 2012, 26(1): 83-88. doi: 10.11858/gywlxb.2012.01.012
[4]	王政 , 楼建锋 , 勇珩 , 梁龙河 . 岩石、混凝土和土抗侵彻能力数值计算与分析. 高压物理学报, 2010, 24(3): 175-180 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.03.003
[5]	周忠彬 , 马田 , 赵永刚 , 李继东 , 周涛 , 李鹏 . 不同材料弹体超声速侵彻钢筋混凝土靶的结构破坏对比实验. 高压物理学报, 2020, 34(2): 025101-1-025101-8. doi: 10.11858/gywlxb.20190841
[6]	强洪夫 , 孙新亚 , 王广 , 陈福振 . 混凝土薄板侵彻贯穿问题的SPH数值模拟. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024101-1-024101-10. doi: 10.11858/gywlxb.20180634
[7]	陈星明 , 刘彤 , 肖正学 . 混凝土HJC模型抗侵彻参数敏感性数值模拟研究. 高压物理学报, 2012, 26(3): 313-318. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.011
[8]	高光发 . 混凝土材料动态压缩强度的应变率强化规律. 高压物理学报, 2017, 31(3): 261-270. doi: 10.11858/gywlxb.2017.03.007
[9]	高光发 . 混凝土材料动态拉伸强度的应变率强化规律. 高压物理学报, 2017, 31(5): 593-602. doi: 10.11858/gywlxb.2017.05.013
[10]	吴明宇 , 闫晓鹏 , 郭章新 , 崔俊杰 . 低浓度氧化石墨烯改性环氧树脂基碳纤维层合板的拉伸性能. 高压物理学报, 2020, 34(6): 061301-1-061301-7. doi: 10.11858/gywlxb.20200541
[11]	周宁 , 任辉启 , 沈兆武 , 何祥 , 刘瑞朝 . 卵形头部弹丸侵彻混凝土的研究. 高压物理学报, 2007, 21(3): 242-248 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.004
[12]	郭婷婷 , 任会兰 , 宁建国 . 陶瓷复合靶板的抗侵彻模型. 高压物理学报, 2014, 28(5): 551-556. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.007
[13]	穆朝民 , 任辉启 . 弹丸对钢筋混凝土中钢筋交汇处侵彻效应研究. 高压物理学报, 2010, 24(5): 351-358 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.05.006
[14]	陈星明 , 刘彤 , 肖正学 . 弹丸对混凝土靶体侵彻深度的灰色模拟与预测. 高压物理学报, 2014, 28(2): 221-226. doi: 10.11858/gywlxb.2014.02.014
[15]	韩晶 , 王华 , 陈智刚 . 分体式动能子弹对混凝土靶的侵彻与毁伤特性分析. 高压物理学报, 2016, 30(5): 399-405. doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.009
[16]	杨华伟 , 王志华 , 晋小超 . 高速侵彻混凝土弹体在横向非对称作用下的动态响应. 高压物理学报, 2017, 31(1): 73-80. doi: 10.11858/gywlxb.2017.01.011
[17]	戴湘晖 , 周刚 , 沈子楷 , 李鹏杰 , 初哲 , 王可慧 , 段建 , 胡玉涛 , 杨慧 . 高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应实验研究. 高压物理学报, 2019, 33(5): 055101-1-055101-9. doi: 10.11858/gywlxb.20180672
[18]	王可慧 , 耿宝刚 , 初哲 , 周刚 , 李明 , 古仁红 , 宁建国 . 弹体高速侵彻钢筋混凝土靶的结构变形及质量损失的实验研究. 高压物理学报, 2014, 28(1): 61-68. doi: 10.11858/gywlxb.2014.01.010
[19]	任文科 , 高光发 , 朴春华 , 张扬 , 徐同昆 , 赵斌 . 碳化硼陶瓷复合靶板抗侵彻性能实验研究. 高压物理学报, 2019, 33(4): 045104-1-045104-8. doi: 10.11858/gywlxb.20180657
[20]	伍星星 , 刘建湖 , 张伦平 , 赵延杰 , 孟利平 , 陈江涛 . 材料参数拟合方法对弹靶侵彻仿真的影响. 高压物理学报, 2019, 33(4): 045105-1-045105-9. doi: 10.11858/gywlxb.20180661

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复合材料弹侵彻混凝土靶的研究

通讯作者: 钟卫洲;

1. 西南交通大学应用力学与工程系，四川成都 610031；
2. 中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621900

收稿日期: 2008-01-30
录用日期: 2008-07-02
网络出版日期: 2009-02-15

关键词:

摘要: 利用碳纤维复合材料壳体和金属弹头组成的复合弹体，对混凝土靶进行了高速侵彻实验，弹体分别以336、447和517 m/s的速度对强度为30 MPa、厚度为200 mm的混凝土靶进行正侵彻和30斜侵彻。实验结果表明：碳纤维复合材料壳体具有较高的强度，在高速侵彻靶体的过程中弹体结构能够保持完整，复合材料壳体没有纤维分层和断裂产生。相对于同样结构尺寸的金属弹体（将复合材料壳体替换为密度7.8 g/cm3的金属材料），复合材料弹填充物的质量分数（18.5%）约为金属弹体的两倍，因此采用轻质高强复合材料替代高密度金属弹身，不仅可以提高弹体装填比、增加比毁伤威力，而且还具有较高的侵彻能力。