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主页 > 武器评说 > >苏联装甲巅峰之作:液态复合装甲(1)

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    某型装甲材料的侵彻形态模拟

     

      就在美国和整个西方红红火火的进行坦克防护“大跃进”的时候,一贯以装甲突击力量为核心的苏联陆军也感到了压力的迫近,尤其是在英国公开宣布乔巴姆装甲研制成功后,西方坦克装甲防护水平和苏联的差距迅速变小,这使得苏联又开始了对新装甲的研制和开发。

      苏联对复合装甲的研究与应用有着丰富的经验,尤其是在陶瓷装甲方面,开展了对超速侵彻能力、在目前侵彻速度上的侵彻力学实验、分析侵彻力学、高速 碰撞和侵彻的材料响应及侵彻机理的数值模拟等陶瓷方面的破坏模型研究。苏联在此方面的研究主要有以下几个特点:

      1. 侵彻力学和高速碰撞研究是以武器发展为支撑。但与西方及美国相比,前苏联趋于开展更广泛、更多的合作研究,并形成更大更完整的数据库

      2. 苏联更注重陶瓷脆性断裂、动态粘滞性及膨胀理论研究,同时已经在进行 “协合机理”研究。这一点要远远领先于西方。

      3. 苏联着重进行物理模型研究,而美国和西方则更注重利用大规模计算机进行定量模拟。


      由于二次大战后,西方注重计算机设备的开发,现在已经能够对冲击波载荷条件下材料、结构的行为进行大规模计算,从而开发新的材料结构,并使防护效果有较大幅 度提升。而苏联到80年前后仍然严重缺乏大规模计算的能力,从而阻碍了它在冲击波传播和断裂方面的研究,尤其是涉及三维模型问题的研究。苏联在计算侵彻力 学方面研究明显受美国及其西方有限元计算成果的影响,在该领域内,苏联要落后于西方。但在侵彻 和断裂研究方面,尤其是在材料破坏的领域内,前苏联的物理模型无论在理论上还是计算方法上都要远远领先于美国和西方。

      而在冲击波和侵彻参数 用测量仪器设备和诊断技术方面,苏联已达到西方的技术水准。苏联使用锰铜压电电阻应力仪测量冲击波形,使用可变电容传感器测量受冲击试杆的自由表面运动。 近些年也用激光干涉仪完成数据测量。而为了弥补在大型计算能力上的差距,苏联利用上述实验能力建立各种压力范围内的状态方程库,这其中包括多孔材料的状 态、波形状态方程。这是十分有价值的,因为许多侵彻和超速碰撞的研究是与所用的状态方程、本构模型、崩落与断裂强度 合适与否密切相关的。

     

     

    激光干涉仪

     

      苏联在侵彻基本现象研究上作出了巨大努力并已经取得了一些惊人的理论成果。这些理论往往是以新颖的分析方法为基础的。这样,前苏联也开展了一些新的学科领域研究,如可变形介质的协合机理。该学科将建立高速率流变与耗散结构的扰动断裂本质间的相互关系。

      在模拟陶瓷侵彻方面前苏联提出了“失效波值”新概念。根据该概念,当弹丸速度超过或低于失效波值时,则出现两种不同的侵彻模式(不被侵彻或被侵彻)。笔者分析认为,这一研究成果对于苏联陶瓷装甲研究有重要的促进作用。

      苏联提出的“失效波值”不是西方常说的拉伸应力波, 它是陶瓷破坏的特征波值。每种陶瓷有着自己的特征失效波值。例如某种陶瓷的失效波值是2000米/秒。当侵彻速度高于它时,陶瓷被侵彻的深度显著降低。陶 瓷在较高侵彻速度时有很高的显强度。降低特征失效波值可提高陶瓷侵彻抗力。苏联十分重视特征失效波值概念的研究。通过这种概念苏联得出结论:他们认为陶瓷 破坏不是在受冲击后即刻发生,是在随后一段时间出现。 该时间称为“延迟时间”。显然它对弹芯有极大的破坏性,在承受超速冲击后陶瓷会增强。对高速侵彻的抗力就金属而言来自侵彻物的惯性,陶瓷则来自真身破坏, 因为陶瓷没有足够时间经历涉及微观裂纹扩展过程的脆性破坏。受碰撞的陶瓷脆性破坏与其自身而非整体的活性膨胀有关。

     

     

    陶瓷材料被侵彻时的形态初始变化

     

      苏联采用阿列克谢*泰特提出的理论处理陶瓷侵彻现象(这一理论也被西方所认同并实际使用),但苏联比西方要早接近十年的时间。该理论要点是认为侵彻是稳态 的,而非西方一开始认为的动态。苏联研究的陶瓷有氧化铝陶瓷(al203),石英砂, 二氧化硅玻璃,B4C,B4C-al203(复相陶瓷),BN,SIC, SiN, ZrO2等等。研究内容涉及陶瓷在各种温度上的强度、断裂韧性、动态与静态弹性模量、磨损抗力以及在冲击波压力下相变、变形、破坏与崩落等。前苏联尤其注 重自粘结SiC(碳化硅)陶瓷材料抗射流侵彻性能研究并进行了大量实验最终生产出了可用于装甲材料的成品。这种多孔陶瓷材料在不降低强度时失速波值较小, 抗侵彻能力非常高。

     

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