本发明涉及实弹侵彻毁伤评估，具体涉及活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法。
背景技术：
1、活性弹丸碰撞多层间隔金属靶作用过程复杂，涉及活性芯体冲击压缩、碎裂点火、碎片云爆燃等阶段，其毁伤包括温升毁伤、超压毁伤、及其超压形成的爆裂穿孔，已有的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测是基于空气中传感器直接测试，通过试验结果构建超压与爆裂穿孔毁伤模型，均为外场试验方法，试验耗费大，程序繁琐，没有基于活性弹丸空气中碰靶的超压峰值理论计算的爆裂穿孔计算方法。因此，其不能适用于大规模的毁伤行为预测，且国内外暂无适用于活性弹丸碰靶的爆裂穿孔理论计算方法研究。另一方面，外场试验方法相对准密闭容器的温压测试影响因素多，获取数据误差大，也限制了活性弹丸乃至相关新质战斗部毁伤行为预测模型的应用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，为ptfe/al活性弹丸释能-温升-超压-爆裂穿孔毁伤行为预测提供全新的解决思路。
2、为实现上述目的，本发明提供的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，具体包括如下步骤：
3、步骤s1：分析ptfe/al活性弹丸侵爆作用；
4、步骤s2：建立ptfe/al活性弹丸作用温升与能量换算模型；
5、步骤s3：建立空气中冲击波超压毁伤和正压区作用时间计算模型；
6、步骤s4：建立ptfe/al活性弹丸对后效靶爆裂穿孔变形量计算模型。
7、进一步的，所述步骤s2具体如下：
8、对活性弹丸进行准密闭容器释能测试，忽略爆燃阶段测试罐内部气体的热损失及泄压效应，可认为测试罐内部气体得到的热量等同于活性材料释放出的热量，即；
9、引入温度和比容有关的标准能量函数
10、；
11、当系统质量恒定、体积恒定时，容器内气体能量增量为
12、；
13、气体温度增量为
14、；
15、因此，活性材料释放到靶标内的能量可由下式进行估算
16、；
17、和分别为容器内气体的终态和初始热力学温度，单位k；为测试罐内部体积，单位m³；为定容比热容，单位kj/(kg·k)，取终态相应值。
18、进一步的，所述步骤s3具体包括如下步骤：
19、步骤s3-1：建立ptfe/al活性弹丸冲击波超压峰值计算模型；
20、对于ptfe/al活性材料，由于爆热不同，基于能量相似原理将其换算成tnt当量
21、；
22、为静态ptfe/al活性材料等效tnt当量，单位kg；为参与反应的活性芯体质量，单位kg；为ptfe/al活性材料爆热，单位kj/kg；为tnt爆热，单位kj/kg；
23、对于具有一定侵彻速度的活性弹丸，根据能量相似原理，可把装药运动引起的能量增加看做装药量的增加，则有
24、；
25、为动态ptfe/al活性材料等效tnt当量，单位kg；为静态ptfe/al活性材料等效tnt当量,单位kg；为ptfe/al活性材料爆热，单位kj/kg；为活性弹丸迎弹靶后剩余速度，单位m/s；
26、弹靶碰撞后，活性材料所释放的能量将有一部分转化为壳体变形破坏能、壳体碎片动能，另一部分转化为爆燃产物飞散动能及内能，在周围空气中形成超压；活性材料的激活率和能量转化可表述为
27、；
28、式中，n为活性材料的激活率；为参与反应的活性芯体质量，单位kg；为活性芯体总质量，单位kg；为活性芯体激活长度，单位m；为活性芯体全长，单位m；
29、为活性芯体释放的总能量；为活性芯体材料反应热；为爆燃产物内能；为壳体变形破坏能；为爆燃产物动能；为所有破片增加的动能；单位为kj；
30、基于此，在迎弹靶后爆燃传播时，爆燃产物按等熵规律膨胀，可得到爆燃产物内能
31、；
32、式中，为参与反应的活性芯体质量，单位kg；为ptfe/al活性材料爆热，单位kj/kg；为壳体半径，单位m；r为测试点到爆燃中心的距离，单位m；
33、爆燃产物动能
34、；
35、式中，为参与反应的活性芯体质量,，单位kg； v p为破片速度，单位m/s；为重力加速度；
36、所有破片增加的动能
37、；
38、式中， v p为破片速度，单位m/s；为所有破片质量， 单位kg；为重力加速度；
39、对于壳体变形破坏能约占总能量3%，将头部金属块与壳体作为整体，由等效关系，可得用于形成峰值超压的化学能与活性芯体释放的总能量之间的比值为
40、；
41、式中，为初始激活比；为壳体半径，单位m；为壳体变形破碎时的半径，单位m；为动态ptfe/al活性材料等效tnt当量，单位kg；为ptfe/al留给爆燃产物的等效tnt当量，单位kg；
42、通过上式联立可求得，空气冲击波峰值超压为
43、；
44、其中，为ptfe/al留给爆燃产物的等效tnt当量，单位kg；r为测试点到爆燃中心的距离，单位m；且满足1≤≤10；
45、步骤s3-2：建立正压区作用时间计算模型；
46、正压区作用时间是活性材料爆燃反应冲击波的另一个特征参数，是影响对目标破坏作用大小的重要标志参数之一；其计算可根据爆炸相似率通过试验来建立经验公式；对于ptfe/al活性芯体在空气中爆燃反应，计算式为：
47、；
48、式中，μ为修正系数，ptfe/al活性材料取值1.35×10-3；r为测试点到爆燃中心的距离，单位m；为ptfe/al留给爆燃产物的等效tnt当量，单位kg。
49、进一步的，所述步骤s4具体包括如下步骤：
50、步骤s4-1：建立活性弹丸作用后效靶板的比动能计算模型；
51、步骤s4-2：建立后效靶板变形量计算模型；
52、步骤s4-3：计算后效靶板的极限变形量；
53、步骤s4-4：根据试验曲线计算后效靶板变形量，并对比极限变形量。
54、进一步的，所述步骤s4-1具体为：
55、后效靶板侵彻破坏主要源自侵彻体的比动能大于了靶板的单位变形功，靶板的动态变形功可表述为
56、；
57、式中，k1为比例系数，主要取决于材料性质，对于al2024，k1=3；as是侵彻体碰撞靶板的侵彻面积，单位cm2；h*为靶板厚度，单位mm；σb表示为靶板的破坏强度极限，单位kg/cm2；
58、从而单位厚度单位面积的靶板变形功可表述为
59、；
60、当弹丸作用到靶板上单位厚度单位面积的比动能eb1大于变形功e时，靶板就会被弹丸侵彻贯穿毁伤；对材料为al2024靶板，击穿概率 p me与侵彻体比动能关系有
61、；
62、钨合金/钢等金属材料碰撞al2024靶板的比动能表述为
63、；
64、式中，eba为al2024单位厚度单位面积的比动能，单位kg•m/(cm2•mm)；w为弹丸质量，单位g；v为着靶速度，单位m/s；s为弹丸的迎风面积，单位m2；h*为靶板厚度，单位mm；g为重力加速度； φ为弹丸形状系数，一般取0.005；
65、对于活性材料，其机械强度和密度都低于金属材料，造成其侵彻靶板的侵孔面积变大，所以可以在上式的基础上进行修正，得到活性弹丸作用al2024靶板的比动能为
66、；
67、式中 k为修正系数，ptfe/al活性材料一般取1.6； m为ptfe/al活性芯体总质量，单位g；为冲塞块质量，单位g；h*为靶板厚度，单位mm；为活性弹丸迎弹靶后剩余速度，单位m/s。
68、进一步的，所述步骤s4-2具体为：
69、迎弹靶板在贯穿及贯穿后，碎片云及其活性材料着靶爆燃所释放的压力对后效靶板发生作用，后效靶板的变形量与作用在后效靶板的脉冲冲量成正比，与壳体材料密度和厚度成反比，所以后效靶板的变形量可表示为
70、；
71、式中 k 2为常数，平头侵彻体一般取2.212；ρ t为靶板密度，单位g/cm³；为任意时刻冲击波载荷压力，单位kpa；为冲击波载荷的作用时间,单位ms；h*为靶板厚度，单位mm。
72、进一步的，所述步骤s4-3具体为：
73、根据断裂力学中应力强度因子 k i的物理含义，当通孔边缘的应力强度因子大于材料的极限强度因子 k ic时，通孔边缘的裂纹就扩展，反之则不扩展；有限宽长板条裂纹极限强度因子可表述为
74、；
75、式中 g为与裂纹几何形状有关的常数； e为靶板材料的弹性模量； a为裂纹长度的1/2，单位mm； l 0为后效靶板的边长，单位mm；为后效靶板的极限变形量，单位mm；
76、对于al2024靶板材料的 k ic可以通过查表得到；所以后效靶板的极限变形量为
77、。
78、进一步的，所述步骤s4-4具体为：
79、通过试验测得碎片云撞击与活性材料爆燃所产生的压力-时间曲线，代入式可算出对应时间下的后效靶板变形量；以上计算方法所得后效靶板的变形量值小于后效靶板的极限变形量值时为有效值。
80、本发明提供的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法优化了活性弹丸链式毁伤预测方法的精度，根据准密闭容器中的热力学第一定律以及冲击加载、冲击波传播理论，对ptfe/al活性弹丸温度和能量换算方法、ptfe/al留给爆燃产物的等效tnt当量、空气中冲击波超压及其穿靶特性等开展了理论行为分析，实现活性弹丸作用后效铝靶的爆裂穿孔毁伤行为的理论模型构建。基于此，本方案针对ptfe/al活性弹丸的释能-温升-超压-爆裂穿孔这一毁伤行为预测方法提供了一种全新的解决思路，且经过了实验的有效性考核。基于对tnt炸药的释能行为分析及传统动能弹丸的穿靶理论研究，为拓展活性弹丸的创新理论预测方法，具有重要的意义，同时这为相关新质材料战斗部的毁伤效能预测方法也能提供参考借鉴。
1.活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s2具体如下：
3.根据权利要求1所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s4-1具体为：
6.根据权利要求4所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s4-2具体为：
7.根据权利要求4所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s4-3具体为：
8.根据权利要求4所述的活性弹丸爆裂穿孔毁伤行为预测方法，其特征在于，所述步骤s4-4具体为：
