[发明专利]弹丸侵彻靶体损伤评估方法

说明书

本发明提供一种弹丸侵彻靶体损伤评估方法，包括如下步骤：确定目标靶体宏观失效破坏模式；回收并预处理目标靶体；断口形貌特征分析及元素分布测试；靶体微观演化特征金相观测及显微硬度测试；材料失效典型微观演化特征测试及分析；确定靶体微观易损性阈值；弹丸侵彻靶体损伤评估。本发明的弹丸侵彻靶体损伤评估方法的优势在于：基于材料微观演化特征评估目标损伤特性，从弹靶作用的微观损伤角度系统给出了弹靶作用后靶体全域的微观损伤特性演化规律，能够揭示侵彻过程中全域靶体的变形、损伤直至失效的全部响应规律，建立了材料宏观失效破坏模式与微观组织损伤之间的联系。

技术领域

本发明涉及弹靶毁伤评估技术领域，具体涉及一种弹丸侵彻靶体损伤评估方法。

背景技术

弹靶侵彻问题一直是终点弹道的重要研究内容之一，弹靶相互作用在毫秒时间量级内即可完成，这一过程往往伴随着高温、高压、高应变率、大变形等极端物理现象，其作用结果通常导致物体发生变形、断裂等行为，甚至引发材料的相变与气化等更为复杂的现象。目前，人们对弹靶侵彻问题的研究方法主要归结为三类：理论分析、数值模拟和试验研究。

理论分析法一般根据弹丸和靶体的几何物理特性，分析侵彻过程中的主要因素和主要矛盾，通过合理的假设，将侵彻过程简化为工程模型，然后通过适当的理论模型进行求解。模型中的参数一般由弹、靶几何尺寸，材料特性和撞击初始条件确定。但因侵彻过程产生高温、高压且瞬间完成，还伴随材料破碎和质量销蚀，简化后的理论模型更加注重弹靶作用的宏观毁伤效应，如侵彻深度和扩孔直径等参数，难以对弹靶作用过程进行精细化的描述。

数值模拟法是随着计算机和数值计算方法的发展逐步建立起来的一种分析手段，数值模拟方法一般是利用各种守恒定律，考虑材料的本构模型和状态方程，采用合适的数值计算方法，在离散的空间网格和时间节点上求解穿甲侵彻过程中动力学微分方程组，并直观再现侵彻和贯穿的物理过程。该方法很大程度上弥补了高速侵彻实验中测试手段的限制，对侵彻机理的研究和建立理论模型都有重要的作用，从而降低科研成本，缩短研究周期。由于弹、靶侵彻涉及高温、高压、高应变率且弹、靶材料的多样性和复杂性，模拟结果往往和实际情况有一定的差距，而数值模拟的准确性很大程度上依赖于材料本构关系的选取、接触面处理、网格划分技巧等因素。计算程序验证和参数选取需要依靠实验数据和理论方法。

靶场试验是弹靶侵彻问题最常用的方法，即通过实弹射击可直观观测到弹丸的侵彻性能、威力，除此之外，靶场试验也可以验证理论分析模型和数值模拟结果的可靠性。目前，对研究者而言靶场试验仍是检验弹丸性能最直接、可靠、有效的手段。通过开展打靶试验，对侵彻过程中弹靶的宏观毁伤现象进行直接观察，并对观察得到的结果进行分析总结，获得大量弹靶作用后弹丸侵彻能力或靶体毁伤特性的宏观毁伤结果。

目前三种研究方法多是从宏观角度分析材料及结构在侵彻下响应行为，对材料的微观响应考虑较少，然而在完成侵彻过程中弹靶材料承受的应力、应变载荷非常剧烈且复杂，因此其响应行为也必然涉及多个尺度，不仅包括宏观形态及结构的变化，还会引发材料组织微观特征的改变。特别是弹靶作用之后靶体除在弹坑部分产生宏观可见的毁伤破坏模式外，在弹靶直接作用以外区域内也必然在材料内部产生了一定程度的微观损伤破坏，该部分损伤破坏耗散了弹体的部分冲击动能、影响了材料及结构的宏观物理性能，然而目前针对靶体该部分损伤破坏的研究相对较少。除此之外，目前针对弹靶微细观损伤破坏的研究多是基于某一宏观毁伤破坏现象分析的需求开展靶体材料内部产生的组织变形、剪切带、断裂面等某一典型微观演化特征的分析，缺乏系统性。

发明内容

针对现有技术中弹靶微细观损伤破坏的研究缺乏系统性的问题，本发明提出一种弹丸侵彻靶体损伤评估方法，该方法能系统开展弹靶作用后材料微观演化特征规律的研究。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弹丸侵彻靶体损伤评估方法，包括如下步骤：

1)确定目标靶体宏观失效破坏模式；

2)回收并预处理目标靶体；