炮射侵彻弹的设计与侵彻能力分析(3)
1)、理论分析方法。利用连续介质力学中的基本守恒方程和材料特性,在一定的假设条件下,建立简化模型,研究弹靶的破坏模式。可是需要指出的是仅依靠在计算机上拟合出的靶板破坏过程与实际的试验得出的实验结果是有一定的出入。
2)、试验方法。在特定的弹靶系统和一定撞击速度范围内,基于大量的试验数据,应用量纲分析方法,建立经验公式,用于解决特定问题或指导进一步的试验，是非常重要的一种方法，只是成本较高。
3)数值计算方法。在空间网格和连续时间增量上求出包括材料本构关系在内的所有控制方程的数值解。但由于材料在作用过程中性能参数的不准确以及其他等问题,目前数值方法只能是一种主要的辅助方法。
在经过多年的弹丸侵彻研究实践上，目前人们已经习惯将理论分析、试验以及数值计算方法有机地结合起来来研究侵彻弹对不同介质的侵彻问题。三种方法的综合性应用需要把握相互之间的特点及联系。在利用理论分析方法时，是在假设简化的基础上,利用计算机软件从理论上建立一个需要相适应的侵彻弹侵彻介质数学模型,该模型主要用来反映弹丸对介质侵彻效应的影响，在还没有试验的基础上得出一个快速侵彻结果,这可以为后续工作中弹的结构设计以及为弹丸侵彻试验设计提供理论依据。在利用试验方法时，是用较少的参量来描述弹丸的侵彻特性,来推断弹丸在侵彻过程中到底是哪些参数主要影响了弹体变形和介质变化,从而可用于解决特定问题或指导进一步的试验。由于试验方法是以大量的试验数据为基础的,所以除了可以保证在获得特定侵彻模型的经验公式外，同时也为理论分析方法和数值计算方法积累了许多有价值的试验研究数据,为理论分析方法和数值计算方法的完善奠定了基础。而在利用数值计算方法时，其往往可以求得侵彻问题的精细结果,从而给出侵彻过程中弹丸的应力、应变、速度物理量以及其变化的趋势,这对于指导理论分析方法模型的建立与完善经验公式都有重要的意义。
1.3 研究历史简介
1945年Bishop、Hill和Mott等人提出的空腔膨胀理论(CET) 是近期侵彻问题的理论分析方法的基础，随后的理论分析都是在CET基础之上完成的。他们运用空腔膨胀理论在假设条件（无限介质中）下研究锥形物体压入金属时作用于锥头部上的力。在1966年HoPkins提出了新的数学模型，模型在假设条件（弹塑性不可压缩材料）下高能炸药在金属和地质材料中形成空腔后材料的响应问题。在1974年SNL的研究人员提出了柱形空腔膨胀理论(CCET),来研究地质材料的侵彻问题。从80年代开始,SNL的Forrestal等人研究了球形、柱形空腔膨胀理论在岩石、混凝土中的侵彻应用。在1986年，Forrestal在假设条件（多孔岩石介质的塑性区满足Mohr-Coulomb强度理论）下,运用相似变换推导了柱形空腔膨胀理论,并通过了试验的验证。目前空腔膨胀理论的一个发展方向是介质材料的考虑因素增加，不过会遇到的问题是如果考虑因素过多可能导致构造的模型过于复杂，从而无法推导空腔膨胀理论。球形空腔膨胀理论模型的基本假设是空腔在无限大介质中向外膨胀,当空腔膨胀趋于稳定后会在空腔附近依次产生弹性区和塑性区,而对于脆性材料则有可能产生破碎区或断裂区 。根据质量和动量守恒方程、连续介质力学的基本知识和材料本构方程等能够解出空腔膨胀理论模型的数值解,即空腔表面膨胀速度与其表面径向应力的关系(其关系一般可以表示为空腔膨胀速度的二次函数的形式)。
1.4 本课题研究的主要内容
在本课题的研究中，对于侵彻弹的分析研究主要是弹体结构设计，结构校核再设计，外弹道分析和侵彻等几个部分。具体内容包含以下几点：