金属射流 :金属材料在冲击加载条件下产生的损伤

更新时间:2023-08-15 18:47

金属射流(metal jet)是金属材料在特定的冲击加载条件下,表面薄层产生的损伤。

其作用机理复杂,涉及爆炸力学、冲击波物理、高速碰撞、高温高压下材料性质和断裂力学等多学科。

金属射流在军事和民用领域具有广泛的应用,如在破甲弹中,聚能装药爆炸后,金属药型罩形成金属射流,具有很强的侵彻穿透能力,有效摧毁敌方军事目标口。研究金属射流是冲击动力学研究和工程应用领域中的前沿,对于提高聚能射流性能、侵彻能力以及微物质喷射问题研究都有重要价值。

定义与概述

在特定的冲击加载条件下,材料内部会产生一些损伤,如果损伤发生在表面的薄层,就会发生射流,射流是冲击加载过程中材料动态响应的一种特殊形式。

产生与作用机理

聚能装药起爆后,爆轰波在装药内高速传播,使药型罩在极短时间内发生巨大变形并被压垮,在对称轴线上形成高温高速的射流,射流速度随头部至后段部分的杵体的位置呈线性下降趋势,由于射流两端速度差距较大,且存在速度梯度,因此射流拉伸过程中会出现断裂等现象。形成金属射流的药型罩形状较为广泛,可以为锥体等简单几何体,也可以是喇叭形等复杂集合体,或者是几种形状组合出的形状,最常见的形状为锥体和半球体。

金属射流问题的作用机理复杂,涉及爆炸力学、冲击波物理、高速碰撞、高温高压下材料性质和断裂力学等多学科,是一个涉及面十分广泛的复杂问题。

应用与研究意义

应用

金属射流在军事和民用领域具有广泛的应用。聚能罩在爆轰加载下塌缩产生金属射流,射流在自由飞行过程中处于拉伸状态,速度梯度变化约为104~105s-1,具有很强的侵彻穿透能力。比如在破甲弹等反坦克反装甲弹药中,聚能装药爆炸产生爆轰波,金属药型罩在爆轰波作用下被压垮,导致其微元相继互相碰撞,从而形成细束的高速金属射流,有效摧毁敌方军事目标口。

研究意义

金属射流的形成、失稳和颗粒化断裂的机理研究和数值模拟,是冲击动力学研究和工程应用领域中的前沿,不仅在常规武器、终点弹道和空间飞行器碰撞等军事相关的问题研究中具有广阔的应用前景,尤其对近年来普遍关注的微喷射现象的机理研究具有十分重要的现实意义,此外,研究金属射流的形成规律对于提高聚能射流性能、侵彻能力以及微物质喷射问题研究都有重要价值。

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