Механика процесса пробивания металлического бронеэлемента
Механика процесса пробивания металлической преграды существенно зависит от соотношения ее толщины b и диаметра пули или сердечника d. При соотношении b/d < 1, характерном для бро- неэлементов СИБ, преграда считается тонкой, а сам процесс пробивания - многофакторным, трудно поддающимся теоретическому анализу. Основные закономерности пробивания преград рассмотрены в книгах [5.6, 5.18-5.20].
Взаимодействие сердечника (пули) с преградой начинается с ударно-волновой стадии, которая характеризуется наличием ударных волн и волн разрежения как в преграде, так и в сердечнике. Поскольку сердечник пули имеет, как правило, головную часть в форме усеченного конуса, то длительность начальной стадии мала и возникающие ударные волны быстро затухают. Обычно в задачах конечной баллистики ударно-волновую стадию не рассматривают.
Последующая стадия - стадия проникания сердечника в преграду. В зависимости от соотношения прочностных характеристик материалов сердечника пули и преграды и скорости взаимодействия различают проникание деформируемых и недеформируемых тел. Проникание стальных неупрочненных сердечников сопровождается интенсивным динамическим деформированием как сердечника, так и преграды. При проникании термоупрочненных сердечников они вплоть до разрушения испытывают относительно малые деформации, что дает основание считать их недеформируемыми. В этом случае контактное давление на границе раздела сердечник - преграда может быть приближенно определено с помощью соотношения
Сердечник пули при проникании не деформируется и не разрушается, если динамический предел текучести (предел прочности) материала сердечника σтдс превосходит контактное давление σтдс ≥ рк. Из этого неравенства и выражения (5.1) следует соотношение для критической скорости пули vnкp, при превышении которой сердечник нельзя считать недеформируемым
Типы пробивания преград как деформируемыми, так и недеформируемыми сердечниками пуль приведены на рис. 5.3. Остановимся более подробно на качественном анализе пробивания преград недеформируемыми ударниками.
Различают три типа пробивания преград недеформируемыми ударниками: выбивание пробки из преграды (рис. 5.3а, 1); пластическое расширение отверстия с преимущественно радиальным течением материала преграды (рис. 5.3a, 2); пластическое деформирование преграды с образованием тыльной выпучины и последующим ее разрушением по типу срезания пробки (для сердечников с плоским торцом) или образования лепестковой пробоины или пластического отгибания закраин (для заостренных сердечников) (рис. 5.3а, 3). На практике эти типы пробивания преград часто совмещаются, например, перед срезанием пробки преграда может деформироваться с образованием тыльной выпучины. Выбиванию пробки, как правило, предшествует внедрение сердечника пули в преграду на определенную глубину.
Рассмотрим составляющие процесса пробивания металлической преграды, завершающей стадией которого является выбивание пробки. Пусть сердечник имеет плоский торец. Начальная стадия взаимодействия сердечника с преградой сопровождается его внедрением в преграду по типу вдавливания пуансона в пластичное полупространство (рис. 5.4). Известно [5.21], что для начала внедрения пуансона в жесткопластичный материал с пределом текучести σтд пр среднее давление на контактной границе рк должно превосходить рк ≈ 2,6σтд пр.
По мере внедрения пуансона давление на контактной границе возрастает до значения рк ≈ 4σтд пр. В общем - случае силу сопротивления внедрению пуансона F1 можно представить в виде
Сопротивление срезанию пробки F2 высотой bп и диаметром, равным диаметру сердечника, равно произведению предела текучести материала преграды на сдвиг τтд пр на площадь боковой поверхности пробки
Поскольку рассматривается пробивание тонких преград, то принимают, что К1 = 2,7. Для такого значения К1 bn = 1,17dc. Таким образом, внедрение сердечника в преграду будет предшествовать срезанию пробки при условии, что толщина преграды b превосходит 1,17dс.
Пластическому деформированию преграды с образованием тыльной выпучины предшествует переход материала преграды в окрестности ударного воздействия в пластичное состояние. Усилие F3, необходимое для перевода материала в круговой области преграды в пластичное состояние, может быть вычислено как предельная нагрузка для круговой пластины, защемленной по контуру. Согласно [5.22]
Пластический изгиб преграды будет предшествовать срезанию пробки при выполнении неравенства F3 < F2. Это неравенство выполняется при b < 0,58dc.
Итак, при пробивании преграды недеформируемым ударником в зависимости от соотношения толщины преграды b и диаметра ударника *4 реализуются следующие механизмы:
- при b >1,17dc срезанию пробки предшествует внедрение ударника в преграду на глубину b-1,17dc;
- при 0,58dc ≤ b ≤ 1,17dc пробивание преграды осуществляется по механизму срезания пробки;
- при b < 0,58dc пробиванию преграды предшествует образование тыльной выпучины с последующим выбиванием пробки или проколом с образованием лепестков.
Работа А1 внедрения сердечника на высоту b- bп равна
Работа срезания пробки А2 может быть вычислена путем интегрирования силы F2 по высоте пробки
Если приравнять кинетическую энергию сердечника работе срезания пробки, то можно получить зависимость для расчета предельной скорости пробития преграды по механизму срезания пробки - формулу Нобля
При образовании выпучины материал преграды пластически растягивается и изгибается. Для тонких пластин работа формирования выпучины А3 может быть оценена с помощью соотношения
Определение работы отгибания закраин или лепестков выполнено В. Гольдсмитом в книге [5.24].
При пробивании преграды по механизму пластического расширения отверстия (рис. 5.3а, 2) работа формирования отверстия А4 может быть определена как произведение предела текучести материала преграды на вытесненный объем
Суммарная работа пробивания преграды зависит от составляющих механизмов пробивания и может быть вычислена как сумма соответствующих этим механизмам работ [5.5 - 5.8]. Приравняв эту сумму к кинетической энергии сердечника, можно определить предельную скорость пробития.
Обзор аналитических формул для вычисления скорости сквозного пробития преград недеформируемыми ударниками дан в работах [5.6, 5.24, 5.25].
В табл. 5.2 приведены усредненные значения предельных скоростей непробития стальных бронепластин из стали «44» различными средствами поражения, полученные в НИИ стали.
Для грубых оценок скоростей сквозного пробития можно использовать формулу Жакоб-де-Марра
В иностранной литературе для определения предельных скоростей сквозного пробития преград удлиненными ударниками часто используют формулу Ламберта [5.6]
Удовлетворительное описание экспериментальных данных табл. 5.2 достигается при KL = 5000...5500. Необходимо отметить, что формула Ламберта хорошо описывает экспериментальные данные при z > 1,5 и распространение ее на более тонкие преграды требует экспериментального подтверждения.
Экспериментальные данные из табл. 5.2 для бронебойной пули ПС-43 с ТУС АКМ хорошо описываются модифицированной формулой Жакоб-де-Марра с уменьшенным до 0,5 показателем степени при толщине преграды b
В эту формулу следует подставлять следующие характеристики сердечника пули ПС-43: dc = 5,85 мм, mc = 3,56 г.
Пробивание преград деформируемыми ударниками происходит, как правило, либо по «кратерному» механизму (рис. 5.3б, 1-3), сопровождающемуся срабатыванием ударника, либо по механизму выбивания пробки (рис. 5.36, 4-6) деформирующимся ударником. Для вычисления предельной скорости пробития стальных преград стальными компактными ударниками неправильной формы (осколками) в [5.25] рекомендуется использовать зависимость
Смотрите также
