[发明专利]基于能量分析的侵彻空腔动态体积预测方法

权利要求书

1.基于能量分析的侵彻空腔动态体积预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：获得实验数据，利用弹体对明胶靶标的侵彻实验数据进行分析，设定不同情况下空腔体积的目标值，并以数据中的弹体质量、弹体速度、明胶的弹性模量和明胶破裂失效参数为变量，获得不同情况下所述空腔体积的实际值；

步骤二：数据预处理，对数据集进行划分，将30％的数据作为调参集，70％的数据作为测试集，调参集用于模型参数的识别，测试集用来评估所建立模型的预测精度；

步骤三：建立模型，通过微分方程的建立和使用matlab软件实现微分方程求解以及参数拟合，建立空腔半径随时间变化的模型；

步骤四：模型调参，根据所述调参集的数据提取微分方程的边界条件，代入matlab程序进行求解，并进行参数拟合，获得模型中的参数值；

步骤五：评估准确性，根据所述测试集的数据，首先确定边界条件，代入matlab程序进行微分方程求解，并与所述测试集的数据进行对比，获得统计指标，评估准确性。

2.根据权利要求1所述的基于能量分析的侵彻空腔动态体积预测方法，其特征在于：所述步骤一中的弹体包括球形、柱形、菱形破片以及口径为5.8mm的子弹，并且弹体射入明胶的初始速度400-1000m/s。

3.根据权利要求1所述的基于能量分析的侵彻空腔动态体积预测方法，其特征在于：所述步骤二中，需要明确弹体的质量、初始速度和剩余速度，若所述弹体停留在靶标中，则剩余速度为0，从而获得弹体释放到明胶靶标中的能量，还需要明确明胶靶标的外边界半径，即弹道中心线到明胶靶标外表面的径向距离。

4.根据权利要求2所述的基于能量分析的侵彻空腔动态体积预测方法，其特征在于：所述步骤三中建立模型的具体方法如下：

(1)假定所述明胶靶标中的空腔是球形空腔，当所述空腔准静态膨胀时，介质中的动量守恒和质量守恒方程分别为(r-u)2d(r-u)＝r2dr，式中，应力和应变都以拉伸为正、压缩为负，由位移边界条件u(r＝a)＝a可得方程的解，u(r)＝r-(r³-a³)1/3，其中，u(r)表示径向位移；

(2)采用Mooney-Rivlin超弹性本构模型来描述明胶的弹性应力-应变关系：σ＝-pl+2c₁B-2c₂B^-1，式中c₁和c₂是弹性模量，且c₁+c₂＝G/2,G是剪切模量，B是Finger变形张量，I是单位张量，p是介质中的各向同性压力；

(3)根据所述明胶靶标介质的变形梯度与明胶的弹性应力-应变关系得出所述明胶靶标的径向应力和周向应力，其中变形梯度为所述径向应力为所述周向应力为根据所述动量守恒方程得出然后求出所述外边界半径r＝b时弹性变形区的径向应力表达式，即

(4)求出所述明胶靶标弹性变形达到极限时的最大伸长比λ_m,再根据所述径向位移求出记为ξ，根据所述弹性变形区的径向应力求出r＝c处明胶靶标的径向应力表达式，即在破裂变形区，周向的拉伸应力为0，即a≤r≤c，根据所述动量守恒方程得出再求出所述明胶靶标空腔内表面处的径向应力，即

(5)假定所述明胶靶标介质中没有空腔，即明胶靶标介质外边界的初始尺寸为r＝b₀，则根据总体积不变的原则，有以下关系b³-a³＝b₀³，再根据所述破裂变形区的周向拉伸应力求出作用在明胶靶标空腔上的压力上式可简写为P_S＝Ac₁+Bc₂，其中P_s为压力，所述压力做的功转化为明胶靶标介质中的变形能，所述变形能综合所述压力的公式，得出变形能的表达式为

(6)假定所述明胶靶标空腔受到的压力pP_s,空腔以一定的速度膨胀，则介质中的质量守恒方程为根据边界条件介质中的速度分布为求出明胶靶标介质运动的动能为将速度分布公式带入得出

(7)根据能量守恒，所述压力p做的功转化为明胶靶标介质中的动能和变性能ΔE＝E_k+E_p，由所述明胶靶标介质运动的动能表达式与变性能表达式可以得出外力输入明胶靶标介质中的能量和明胶靶标介质中空腔的半径以及空腔膨胀的速度之间的关系

其中空腔半径a是函数，时间t为自变量，其他为参数。