新型药型罩材料的动态力学性能研究

摘要

伴随着新型防护技术的使用，使得现阶段装甲作战车辆的抗打击能力得到提升。这对现阶段破甲战斗部的毁伤威力提出了严峻的考验。通过实验表明，将药型罩材料的晶粒组织细化，可显著改善射流的稳定性，增加有效射流的长度，延缓射流的断裂时间。通过剧烈塑性变形技术加工细晶材料，为纯铜药型罩的晶粒细化提供了有效途径。目前，针对药型罩加工所用细晶纯铜材料而言，力学性能研究还不是很完善。因此开展药型罩用细晶纯铜材料在动态载荷下的力学性能研究、及超高压冲击加载情况下的压缩特性研究，具有十分重要的科研意义。可为细晶材料在破甲战斗部领域的应用提供理论参考。
　　本文将细晶药型罩加工过程当中，三种不同状态的细晶纯铜材料作为研究对象。从准静态拉伸、不同应变率加载下的动态拉伸、超高压冲击压缩等方面，分析了三种材料的力学性能，并建立了细晶纯铜材料的三项式物态方程。根据实验测量结果，对细晶纯铜的材料模型参数和状态方程参数进行了拟合。采用数值模拟的方法，对粗晶和细晶两种材料药型罩的射流形态、不同炸高下的侵彻威力进行分析。最后通过静破甲实验来验证仿真参数的正确性。研究得到的主要结论如下:
　　(1)研究了三种细晶纯铜材料的准静态拉伸性能，ECAP8和ECAP8+CR之后的纯铜屈服强度分别达到360MPa和400MPa，较粗晶的70MPa提升明显。在动态载荷加载下，ECAP8的屈服强度达到530MPa。随着动态加载应变率的变化，ECAP8纯铜表现为负应变率效应，ECAP8+CR+Treated纯铜则符合典型的正应变率效应。
　　(2)采用二级轻气炮作为加载，对细晶纯铜材料在70-320GPa范围内的冲击压缩性能进行测量，采用电探针技术测量了样品当中的冲击波速D，利用阻抗匹配法得到了波后粒子速度u，拟合得到D=4.007(±0.06)+1.485(±0.02)u。根据Born-Oppenheimer近似建立了细晶铜材料的三项式物态方程，并计算求解了细晶纯铜的Grüneisen系数随比体积变化的关系γ=2.07(V/V0)，相关的冷能冷压方程参数Q=56.7GPa、q=9.905。
　　(3)利用拟合得到的材料参数，数值模拟分析了两种材料对于射流断裂时间、侵彻威力的影响。结果显示，细晶药型罩形成的射流断裂时间更长，连续性更好。并且在不同炸高条件下，细晶纯铜药型罩的侵彻威力始终优于粗晶纯铜。
　　(4)为了验证仿真结果的正确，选取仿真最佳炸高160mm，进行静破甲对比实验。实验结果显示，细晶药型罩平均穿深280mm，仿真结果为267mm，二者误差4.9％，证明了仿真结果的正确性。与实验炸高160mm粗晶药型罩平均侵深244mm相比，增幅达14.7％。