中口径多环境枪弹致伤效应研究

刘坤 王艺霏 康宝 刘亚雷 宋杰 李忠新 吴志林

刘坤, 王艺霏, 康宝, 刘亚雷, 宋杰, 李忠新, 吴志林. 中口径多环境枪弹致伤效应研究[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
引用本文: 刘坤, 王艺霏, 康宝, 刘亚雷, 宋杰, 李忠新, 吴志林. 中口径多环境枪弹致伤效应研究[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
LIU Kun, WANG Yifei, KANG Bao, LIU Yalei, SONG Jie, LI Zhongxin, WU Zhilin. A study of injury effect of medium caliber multi-environment bullets[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
Citation: LIU Kun, WANG Yifei, KANG Bao, LIU Yalei, SONG Jie, LI Zhongxin, WU Zhilin. A study of injury effect of medium caliber multi-environment bullets[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0026

中口径多环境枪弹致伤效应研究

doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
基金项目: 国家自然科学基金(12172180, 11602025);武警部队基金(WJ-2022-WJ2020A020040)
详细信息
    作者简介:

    刘 坤(1986- ),男,博士,副教授,liukun@njust.edu.cn

    通讯作者:

    吴志林(1967- ),男,博士,教授,wuruinan-1994@njust.edu.cn

  • 中图分类号: O385

A study of injury effect of medium caliber multi-environment bullets

  • 摘要: 为探究跨介质枪弹的致伤威力,选用明胶为人体模拟靶标,借助LS-DYNA软件对设计的7.62 mm多环境枪弹侵彻模拟靶标过程进行了数值模拟,分析了弹头的运动规律和靶标空腔的变化特性,通过3自由度刚体运动模型,获得了弹头运动的理论曲线。采用多参数同步测量技术,开展了枪弹侵彻靶标实验。结果表明,数值模拟与实验现象一致,较好地再现了多环境枪弹侵彻靶标的过程和致伤效果。理论模型与实验结果误差较小,能准确预测枪弹在靶标中的运动规律。空化槽结构提高了枪弹跨介质运动的稳定性,相较传统的56式7.62 mm普通弹,多环境枪弹在靶标中稳定飞行时间长、距离远、速度衰减慢,翻滚阶段出靶角度小,最大空腔、永久空腔和能量传递效率基本一致,具有一定的致伤效果。研究成果可为新型轻武器弹药优化设计提供数据支撑。
  • 图  1  多环境枪弹组成

    Figure  1.  Multi-environment bullet composition

    图  2  多环境枪弹弹头模型

    Figure  2.  Multi-environment bullet model

    图  3  有限元模型

    Figure  3.  Finite element models

    图  4  7.62 mm弹道枪

    Figure  4.  7.62 mm ballistic gun

    图  5  实验用枪弹

    Figure  5.  Experimental bullet

    图  6  枪弹结构图

    Figure  6.  Bullet structure diagram

    图  7  明胶靶标制备流程

    Figure  7.  Gelatin target preparation process

    图  8  制备好的明胶靶标

    Figure  8.  Prepared gelatin target

    图  9  实验原理与场景

    Figure  9.  Experimental principle and scene

    图  10  多环境枪弹侵彻明胶过程中的应变和von Mises云图

    Figure  10.  Strain and von Mises cloud diagrams during multi-environment bullet penetration into gelatin

    图  11  弹头在明胶中的运动轨迹

    Figure  11.  Trajectory of the bullet through the gelatin target

    图  12  多环境枪弹侵彻明胶过程中不同时刻空腔变化的数值模拟与实验结果对比

    Figure  12.  Comparison of numerical simulation and experimental results of cavity change at different time during multi-environment bullet penetration process

    图  13  多环境枪弹侵彻明胶位移变化规律

    Figure  13.  Multi-environment bullet’s displacement during its penetration into gelatin

    图  14  多环境枪弹侵彻明胶速度变化规律

    Figure  14.  Multi-environment bullet’s velocity during its penetration into gelatin

    图  15  多环境枪弹侵彻明胶偏角变化规律

    Figure  15.  Multi-environment bullet’s deflection angle during its penetration into gelatin

    图  16  多环境枪弹侵彻明胶y方向偏移变化规律

    Figure  16.  Bullet penetration displacement in y direction

    图  17  2种枪弹侵彻明胶位移变化规律对比

    Figure  17.  Displacement of two kinds of bullets penetrating gelatin

    图  18  2种枪弹侵彻明胶速度变化规律对比

    Figure  18.  Velocity of two kinds of bullets penetrating gelatin

    图  19  2种枪弹侵彻明胶偏角变化规律对比

    Figure  19.  Deflection angle of two kinds of bullets penetrating gelatin

    图  20  2种枪弹侵彻明胶y方向偏移变化规律对比

    Figure  20.  Bullets penetration displacement in y direction

    图  21  2种枪弹的“窄伤道”对比

    Figure  21.  Comparison of "narrow channel" of two kinds of bullets

    图  22  2种枪弹侵彻明胶产生的瞬时空腔直径对比

    Figure  22.  Comparison of cavity diameter of two kinds of bullets penetrating gelatin

    图  23  2种枪弹产生的最大空腔对比

    Figure  23.  Comparison of the maximum cavities produced by the two kinds of bullets

    图  24  2种枪弹产生的永久空腔对比

    Figure  24.  Comparison of permanent cavities produced by the two kinds of bullets

    表  1  3种网格尺寸计算效果对比

    Table  1.   Comparison of calculation effect of three mesh sizes

    单元格尺寸/mm 网格数量/个 t=0.1 ms t=0.8 ms
    1.0 345000
    0.5 690000
    0.3 1150000
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    表  2  弹头材料模型参数

    Table  2.   Bullet material model parameters

    材料ρb/(kg·m−3)Eb/GPaγb
    H60黄铜8930120.34
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    表  3  明胶状态方程系数[9-10]

    Table  3.   Coefficients in gelatin equation of state[9-10]

    ρ/(kg·m−3)E/kPaEt/kPaσ0/MPaC0/GPaC1/GPaC2/GPaC3/GPa
    1030850100.2202.387.1411.9
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    表  4  弹头结构参数

    Table  4.   Bullet structure parameters

    弹型 d/mm l/mm m/g Ia/(g·mm2 Ib/(g·mm2
    56式7.62 mm
    普通弹
    7.62 26.8 7.90 57.3 366.9
    7.62 mm多环境
    枪弹
    7.62 29.0 7.99 50.0 398.0
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    表  5  2种枪弹实测初始运动参数

    Table  5.   Measured initial motion parameters of two kinds of bullets

    弹型 v0/(m·s−1 α/(°) ψ0/(°)
    733 1.5 1.5
    700 1.5 1.4
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    表  6  2种枪弹在明胶靶标中的能量传递

    Table  6.   Energy transfer in two kinds of bullets penetrating gelatin targets

    弹型 Eb/kJ E/kJ η/%
    56式7.62 mm普通弹 2.12 1.91 90
    7.62 mm多环境枪弹 1.96 1.75 89
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2024-04-19
  • 网络出版日期:  2024-04-26

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