超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

任杰 徐豫新 王树山

任杰, 徐豫新, 王树山. 超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(4): 629-636. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08
引用本文: 任杰, 徐豫新, 王树山. 超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(4): 629-636. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08
Ren Jie, Xu Yuxin, Wang Shushan. High-speed impact of low-carbon alloy steel plates by ultra-high strength blunt projectiles[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 629-636. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08
Citation: Ren Jie, Xu Yuxin, Wang Shushan. High-speed impact of low-carbon alloy steel plates by ultra-high strength blunt projectiles[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 629-636. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11402027

详细信息
    作者简介:

    任杰(1992-),女,硕士研究生

    通讯作者:

    徐豫新,xuyuxin@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O385

High-speed impact of low-carbon alloy steel plates by ultra-high strength blunt projectiles

  • 摘要: 为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为,分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法,获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度,通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能,讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异,分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关,但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异;在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下,3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关,Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征,其断裂失效主要取决于材料的剪切强度,而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性,其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。
  • 图  1  35CrMnSiA的静态拉伸应力-应变曲线

    Figure  1.  Static tensile stress-strain curve of 35CrMnSiA

    图  2  3种合金钢的静态拉伸和压缩测试曲线

    Figure  2.  Static tensile and compression curves of three kinds of alloy steel

    图  3  3种合金钢的动态压缩测试曲线

    Figure  3.  Dynamic compression curves of three kinds of alloy steel

    图  4  分离式霍普金森压杆测试前后的样品对比

    Figure  4.  Samples before and after split Hopkinson pressure bar test

    图  5  实验用测速靶

    Figure  5.  Speed test target

    图  6  实验装置布局

    Figure  6.  Experimental setup

    图  7  3种合金钢的极限比吸收能对比

    Figure  7.  Specific energy absorption ofthree kinds of alloy steel

    图  8  AS钢板的典型破坏形貌

    Figure  8.  Typical damage of AS steel plate

    图  9  SS钢板的典型破坏形貌

    Figure  9.  Typical damage of SS steel plate

    图  10  Q235A钢板的典型破坏形貌

    Figure  10.  Typical damage of Q235A steel plate

    表  1  实验用35CrMnSiA的基本力学性能

    Table  1.   Basic mechanical properties of test 35CrMnSiA

    σy/MPa σu/MPa E/GPa HRC δ/% ψ/%
    1 387 1 770 187.21 45.3 9.08 40.8
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    表  2  3种钢的主要化学组分

    Table  2.   Main chemical compositions of three kinds of steel

    材料 质量分数/%
    C Si Mn Cr Ni S P
    SS钢 0.07~0.14 0.17~0.37 0.30~0.60 0.90~1.20 2.60~3.00 ≤0.015 ≤0.020
    AS钢 0.19~0.25 0.70~1.00 1.50~1.85 ≤0.025 ≤0.020
    Q235A钢 0.14~0.22 ≤0.30 0.30~0.65 ≤0.050 ≤0.045
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    表  3  3种合金钢板的力学性能

    Table  3.   Mechanical properties of three kinds of alloy steel plate

    材料 静态压缩与静态拉伸 动态压缩
    σy/MPa σu/MPa σy/σu δ/% E/GPa Et/GPa σyc/MPa Ec/GPa Etc/GPa σyc/σy σyd/MPa ${{\dot \varepsilon }_{\rm{t}}}$/s-1
    SS钢 665 787 0.84 22.20 204.49 1.358 526 63.35 0.321 0.79 860(4 300~4 450 s-1) 5 900(未断)
    AS钢 1 211 1 579 0.77 9.00 191.50 9.820 1 387 128.17 0.618 1.15 1 832(4 150~4 800 s-1) 4 150(断裂)
    Q235A钢 274 546 0.50 31.75 196.26 1.308 321 64.10 0.436 1.17 649(4 400~4 500 s-1) 5 850(未断)
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    表  4  两种结构弹体撞击3种合金钢板的实验结果

    Table  4.   Experimental results of three kinds of alloy steel plate impacted by two different projectiles

    靶体材料 d/mm m/g v/(m·s-1) 穿透情况 v50/(m·s-1) ISEA/(J·m2·kg-1)
    AS钢 15.0 30 1 177.36
    939.58
    1 095.07
    1 117.86
    1 102.47
    贯穿
    未穿
    未穿
    贯穿
    贯穿
    1 083.27 149.242
    40 1 016.34
    1 209.30
    1 126.35
    1 061.22
    1 006.47
    975.00
    未穿
    贯穿
    贯穿
    贯穿
    贯穿
    未穿
    1 085.55 195.960
    SS钢 14.5 30 780.56
    884.55
    1 054.97
    974.56
    917.28
    未穿
    未穿
    贯穿
    贯穿
    未穿
    921.36 109.811
    40 891.43
    914.96
    1 006.45
    1 050.51
    未穿
    未穿
    未穿
    未穿
    1 050.51 189.049
    Q235A钢 15.9 30 696.06
    876.83
    1 068.10
    1 000.00
    931.14
    974.92
    978.06
    957.06
    未穿
    未穿
    贯穿
    贯穿
    未穿
    贯穿
    贯穿
    贯穿
    929.82 101.971
    40 1 087.11
    959.88
    878.87
    贯穿
    贯穿
    未穿
    980.43 150.303
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-30
  • 修回日期:  2016-04-11
  • 刊出日期:  2017-07-25

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