钨合金易碎动能穿甲弹穿甲有限元模拟与分析

   易碎穿甲弹是近年来提出的新概念武器, 能在保持弹体的弹道性能及打击命中率的同时, 在穿透靶板后形成膨胀破片群, 达到进一步的毁伤效果。

   材料主要采用高强度、高密度的易碎钨合金, 通过控制其动态抗拉抗压强度比, 在撞击目标时由拉伸波作用而破碎Z 高密度易碎钨合金除了具有满足常规动能穿甲弹所需的材料性能之外, 还具有实现破碎效果的潜力, 可优先用作易碎穿甲弹材料。

   事实上, 目前已在实验室内通过粉末冶金法成功地制备了钨合金材料97W (钨的质量分数为97% ) 和93W (钨的质量分数为93% ) 经对97W 和93W 的破坏机理实验和理论分析得知, 两者具有不
同的拉2压强度比Z 但97W 在压缩时具有很好的延展性, 而在拉伸时又表现出良好的脆断性。为了系统地认识具有不同力学特性材料的侵彻和破碎性能, 归纳总结易碎穿甲弹材料的设计原则,, 利用大型有限元分析软件M SC2Dyt ran 对具有不同拉2压强度比的钨合金材料在侵彻及贯穿靶板时的侵彻和破碎性能进行了模拟仿真。

   为研究易碎钨合金动能穿甲弹弹体材料在穿甲过程中的性能, 主要选取了具有不同拉伸强度(100,200, 300M Pa) 的弹体材料在相同压缩性能下, 以800 的速度垂直冲击厚度为6 mm 的铝质靶板Z
经过仿真计算可以得到碰撞系统不同时刻的变形过程, 以及相对应的材料性能参数Z经分析可以得到如下的结论:
① 在穿甲过程中, 弹体在破碎的同时基本保持尖头的形状
② 随着弹体材料拉伸强度的降低, 侵彻过程中损失的弹体变形能随之降低。在侵彻阶段由于弹体材料的破碎和剥落, 减少了弹体材料的塑性变形机会, 这样损失的弹体变形能(应变能) 就相应地减少, 有利于侵彻的进行Z 图3所示为3 种不同拉伸强度材料的弹体在穿甲过程中弹体变形能随时间的变化曲线。
③ 剩余(未失效) 弹体穿靶后的速度对材料拉伸强度变化不敏感Z 如表2 所示Z
④ 侵彻过程中, 在相同时刻, 靶板所获得的变形能随弹体拉伸强度的提高而提高Z仿真结果见图4Z 可以推断, 弹体拉伸强度的提高有助于靶板的变形及破坏, 即有利于侵彻进行。
⑤ 贯穿后, 靶板所获得的总变形能随拉伸强度的变化变化不大。
⑥ 随着靶厚的增加, 弹体拉伸强度高的材料有利于侵彻的进行。随着靶厚的增加, 弹体材料的损失随之增加, 拉伸强度高的材料由于在侵彻过程中损失的材料少,弹体有明显的侵彻优势。
⑦ 随着弹体材料拉伸强度的降低, 弹体的破碎及毁伤性能相应提。