钨合金和超高强度合金钢的高速侵彻：极端状态下的大变形探究

破片毁伤效应与防护技术是一个历史悠久的研究课题，但迄今为止，仍有许多经典问题尚未彻底解决，另外，不断产生的新鲜问题更加引人注目。

按终点效应学的定义［1］：破片是指金属壳体在内部炸药装药爆炸作用下猝然解体而产生的高速碎片型毁伤元素，破片最常见的毁伤作用模式表现为高速撞击目标，并在目标内强行开辟一条通道，造成目标结构损伤并最终导致其功能丧失或降低，用破片命中目标时的着靶速度、动能或比动能来衡量其威力大小是常用的方法。对于绝大多数常规战斗部，炸药装药通常由金属壳体承载，因此破片现象普遍存在，另外，由于破片具有比爆炸冲击波更远的毁伤作用距离和更大的毁伤作用范围，因此，以破片为主要毁伤元素的杀伤型战斗部可以有效地弥补武器系统命中精度的不足，破片的应用也十分广泛。随着装甲车辆、作战飞机、舰船等目标防护结构的改进，作战需求多样性带来的打击目标类型的扩展，如导弹战斗部装药、飞行器燃油箱、地面储油设施等，以及破片类型（离散杆、连续杆等）的拓展和性能属性（含能破片、反应破片或活性破片等）的变化，使仅考虑破片的侵彻、贯穿性能，通过着靶速度、动能或比动能来表征并据此分析破片的毁伤能力存在很大的局限性，已不能满足相关武器系统和战斗部的设计、毁伤效能分析与评估及威力试验考核等方面研究的需要，也无法支撑新型防护结构设计的要求。因此，从新型防护结构、新功能破片和新的毁伤效果要求等不同的角度研究破片穿甲效应，具有重要的军事意义和十分普遍的应用价值。

破片撞击目标，传递能量，目标结构损伤直至功能毁伤的发展过程称为破片毁伤效应，这一过程无法脱离武器系统的终点状态而独立存在。弹药/战斗部爆炸形成破片，一般以恰当的形状、尺寸/质量为宜，这种设计上的安排可以获得更大数量的有效破片。破片穿甲效应，不能只关注破片接触到目标后的相互作用问题，因为破片向目标的能量传递，其靶内运动特征和能量转换规律除与弹、靶结构及材料性能相关外，还受控于破片的着靶状态。如何获得破片贯穿目标所需的最佳着靶状态，不仅是破片毁伤和杀伤战斗部设计所关注的问题，同时也构成相应武器系统总体设计、终点弹道控制及引战匹配设计的依据和先决条件；从另一角度来看，也是新型防护结构设计所需了解的。

武器系统研制和使用的初衷是有效毁伤目标，从而实现作战目的。所谓高效毁伤，是相对的，不断提高毁伤效能是研究者和工程师不懈追求的目标。细致了解和掌握破片穿甲效应，才能适度选择破片速度，从而实现有效破片数量的最大化，才能获得末端弹道控制决策及实现炸点选择合理化等，这对于实现武器系统总体设计上的科学合理及促进毁伤理论与技术的发展来说，既是积极的，也是重要的。(www.xing528.com)

第二次世界大战至今的数十年间，兵器科学与技术长足、快速的发展动力并不完全来自人们对自然规律和科学问题的兴趣和探究，其中很大程度上得益于新材料、新技术的推动，武器装备“攻-防”对抗的促进及新的作战需求牵引。其中，钨基合金材料的不断发展与应用、纤维夹层复合装甲材料与结构的出现，以及空间攻防与海上对抗、高效打击油料保障设施和防空反导作战、远距离彻底摧毁目标等新的作战需求，为破片穿甲效应研究这一古老命题注入了新的活力因素，产生了许多新的课题并不断激发着研究工作者的热情和兴趣。此外，非线性数值计算理论和方法的发展、计算机性能的不断提升、高分辨率观测及高精度瞬态测量技术的进步［2，3］等，也使得对破片穿甲效应有关问题的研究能够更主动、更深入，并极大地推动了破片毁伤技术的发展。新的材料、新的目标及新的作战需求必然带来新的问题，先进技术和手段的应用必然揭示出新的科学规律、产生更高层面的科学认识，这势必引导研究者和产品设计者将其应用于工程实际当中，从而对武器装备技术的发展产生积极的推动作用。

21世纪以来，破片毁伤效应受需求牵引及相关科技进步的影响，不断衍生出许多热点和前沿性问题。如钨合金、超高强度合金钢破片对各类金属靶的高速侵彻，是高温、高压、高应变率极端状态下的大变形。侵蚀与破碎、结构微观损伤与宏观破坏等相互耦合的物理过程，在破片穿甲效应研究领域是一值得深化的基础问题；多组元、多层次材料复合而成的装甲结构对破片侵彻的响应特征及吸能规律是破片穿甲效应中的前沿性基础问题，对此开展研究具有理论和应用两方面的重要意义。

本著作着眼于破片穿甲效应中值得深化的经典问题、需求迫切的热点问题及前沿性的新问题开展应用基础研究，主要体现在：钨合金破片对有限厚度金属靶的贯穿极限、超高强度合金钢破片对金属靶的高速侵彻动力学行为、破片对纤维夹层复合装甲的侵彻与贯穿，希望能对相关理论研究和工程应用有所贡献；促进兵器科学与技术发展的同时，牵引冲击动力学等相关领域的发展。