短型金属复合筒对混凝土的高速侵彻效果研究(2)
通常，把侵彻体速度高于800m/s的侵彻成为高速侵彻，反之称为中低速侵彻，本课题主要研究高速侵彻；也可按冲击时的入射角分为正(垂直)侵彻和斜侵彻，由于斜侵彻计算较为复杂，本文不做研究。
我们生活中常见的混凝土是由砂子、水泥和石子三种材料及水按一定比例配合拌在一起，经过凝固硬化后得到的人工建筑石材。具有很好的抗水耐火性、易成形性、耐久性，并且制作混凝土的原材料充足、价格便宜,因此混凝土在民用建筑,军事设施和防护工程中都得到了广泛的应用[3]。因此，分析短型金属复合筒对混凝土的高速侵彻效果,能够为工程防护设计和武器工程设计提供很好的支持。过去的研究致力于建立简化的模型的以进行分析工作,但是由于混凝土的内部构造的复杂性，简化的分析模型往往有过多的物理假定,与实际问题偏离较大。
合金与金属相比，有很多比较好的综合性能。自20世纪8O年代以来，美国每年耗费在研究新材料的开发资金高达1O亿美元以上，而金属复合材料以其在建筑、军工、武器方面的大量运用成为是材料研发的重点之一。金属复合材料是材料科学在生活中的延伸，这类材料在保持母材金属特性的同时还具有“相补效应”可以弥补各自的不足。复合材料的力学性能和功能不是固定的，可以根据实际需要，通过适当选材、恰当的工艺和优化设计来获得。复合材料的优越性早已被人们认可，进而在航空、航天、汽车、运输、桥梁、民用建筑、体育设施及国防建设等诸多领域普及，被广泛应用[4]。
短型金属复合筒高速侵彻混凝土的过程极其复杂, 目前还没有理论能完美地解决有关的问题。短型金属复合筒在侵彻混凝土的过程中会发生弹性变形；如果冲击应力引起的变形较大，超出弹性极限，也会产生塑性变形；如果速度很大，产生高温高压，还会进一步使短型金属复合筒发生烧灼；和混凝土靶体间的摩擦还会磨烛、失稳和冲蚀等；混凝土靶体材料非均匀性、各向异性的特点使得其本构本身就很复杂,需要考虑加载过程的影响,如压力相关性、应变率相关性以及高、低围压下的损伤和破坏等。另外,打击速度、攻角(入射角及偏航角)、短型金属复合筒及靶体的几何尺寸等诸多实验因素也会对侵彻及贯穿过程造成影响[5]。由于侵彻问题的复杂性,经过长时间的研究,取得了很大的进展,得到了许多实用的经验公式，但是仍然有很多问题需要进一步的研究[6]。
主要研究方法
金属复合筒对混凝土的侵彻，是一个动态问题，并且涉及了计算力学、动力学、损伤力学等多个学科，非常复杂。当前处理该问题的基本方法有三种，它们是理论分析法、经验公式法和数值模拟法。
2.1理论分析方法
理论分析法，其实也就是解析法，通过分析，抓住主要变量间的关系，忽略次要因素，建立较为简化的模型，可以将复杂的非线性偏微分方程组简化为一、二文代数方程或常微分方程。由此得到变量之间的函数关系，一般是比较简单的数学公式，求解比较块，可以在实际应用中节省很多时间。而且理论分析的结论可以为设计试验提供基本的理论支持，提高实验研究的效率。也可以用来对工程的初步设计进行系统研究[7]。
2.2经验公式法
与理论分析法不同，经验公式法是在大量的实验或经验的基础上，通过对数据的分析，找出变量之间的函数关系——经验公式。这些公式一般都具有简单的形式,计算起来比较方便,而且在适用范围内有比较高的可靠性,，而且随着试验技术的提高，数据统计与分析技术的提高，经验公式在不断地修正，完善。基于以上优点，再加上理论分析的困难，经验公式法的地位比较重要，而且适用范围在不断扩大[8]。但是，由于经验公式都是在很小的范围内的试验数据基础上建立的,一旦扩大范围会导致公式复杂，不准确；并且从经验公式得到的只有最终结果，像侵彻深度，质量损失等,而不能描述整个侵彻过程,更不用说反映侵彻中各种作用的机理了。