小口徑彈丸對(duì)鋼筋混凝土侵徹分析

郭超 謝馨遠(yuǎn) 田家?guī)?/p>

【摘? 要】為了研究小口徑彈丸對(duì)鋼筋混凝土的侵徹性能，以理論與實(shí)際結(jié)合分析的方式，通過侵徹試驗(yàn)得到了小口徑彈丸對(duì)混凝土的侵徹速度，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對(duì)比分析，分析發(fā)現(xiàn)Young公式更能真實(shí)反映侵徹結(jié)果。以Young公式為基礎(chǔ)，分析了目標(biāo)厚度、配筋率及彈丸形狀系數(shù)、質(zhì)量等對(duì)侵徹的影響。其對(duì)彈丸設(shè)計(jì)及目標(biāo)防護(hù)具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土;小口徑;彈丸;侵徹

1.緒論

混凝土是用水泥做主要膠結(jié)材料，攪拌一定比例的砂、石和水，逐漸硬化形成的人工混合材料。為了增大混凝土墻的強(qiáng)度，在混凝土澆筑過程中往往增加一定配筋率鋼筋而形成鋼筋混凝土。其強(qiáng)度及變形性能主要取決于水泥、砂漿、鋼筋配筋率等特性。鋼筋混凝土是使用最為廣泛的建筑材料，具有制作簡(jiǎn)便、抗壓強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定等特性，在民用、軍用、特殊工程等領(lǐng)域中軍用大量使用。

彈體撞擊建筑物目標(biāo)（鋼筋混凝土）后，使材料發(fā)生壓縮及剪切變形，在表面形成裂縫并造成混凝土崩落。彈體對(duì)鋼筋混凝土的侵徹能力與彈體及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)彈體速度較小時(shí)，可能從撞擊位置反彈。當(dāng)彈體速度較高時(shí)，撞擊后可在目標(biāo)內(nèi)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，形成侵徹毀傷。各國(guó)對(duì)混凝土目標(biāo)的侵徹進(jìn)行了大量的研究，并形成了各種侵徹公式，各種方法互不相同，計(jì)算結(jié)果也存在一定的差異。

1.侵徹經(jīng)驗(yàn)公式及對(duì)比分析

1.1主要經(jīng)驗(yàn)公式

（1）別列贊公式。基于蘇聯(lián)“別列贊”的侵徹公式：

式中，H為侵徹深度（m）;為彈形修正系數(shù);為彈體頭部長(zhǎng)度（m）;為彈體直徑（m）;為阻力系數(shù)，一般取值（0.8～0.9）×10-6;為彈體著靶速度（m/s）;θ為著靶角。該公式適用彈徑一般在0.075～0.203m之間。

（2）NDRC公式

美國(guó)國(guó)防研究委員會(huì)（NDRC）提出了不變形彈體侵徹大體積混凝土的理論侵徹公式：

式中，為鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度;為彈頭形狀系數(shù)，對(duì)于平頭彈、鈍頭彈、球形彈頭、卵形及錐形;其他符號(hào)意義同前。

（3）WES公式

美國(guó)桑迪亞國(guó)家試驗(yàn)中心與美國(guó)陸軍工程兵水道試驗(yàn)站提出的WES公式：

式中，為彈體截面面積（m2）;N為彈頭形狀系數(shù);為彈頭曲率半徑與彈徑比值;為介質(zhì)密度;為錐尖半角;;為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Pa）;RQD為反應(yīng)混凝土質(zhì)量的指標(biāo)，一般取值20～100。

（4）Young公式

美國(guó)桑迪亞國(guó)家試驗(yàn)中心提出的Young公式：

式中S為混凝土強(qiáng)度參數(shù);;為靶寬度與侵徹體直徑的比值，對(duì)于鋼筋混凝土，F(xiàn)取值20;P為配筋率;為澆筑時(shí)間;為靶厚度與侵徹體直徑比值;為混凝土板抗壓強(qiáng)度;為修正系數(shù);其他參數(shù)意義同前。

1.2對(duì)比分析

結(jié)合侵徹試驗(yàn)，得到小口徑彈丸對(duì)鋼筋混凝土臨界侵徹速度見表1 ，并與經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對(duì)比分析。

通過對(duì)比分析，Young公式得到的小口徑彈丸對(duì)鋼筋混凝土理論侵徹速度與試驗(yàn)侵徹速度誤差較小，更能真實(shí)反映侵徹結(jié)果。

2.侵徹影響分析

以Young公式為基礎(chǔ)，影響小口徑彈丸侵徹鋼筋混凝土的侵徹速度主要因素包括目標(biāo)厚度、配筋率、混凝土強(qiáng)度、彈丸形狀、彈丸質(zhì)量等。

2.1目標(biāo)厚度的影響

目標(biāo)厚度對(duì)彈丸臨界侵徹速度的影響見圖1。分析可知，混凝土靶板的厚度對(duì)彈丸臨界侵徹速度影響較大，厚度每增大100mm，彈丸臨界侵徹速度增大約110m/s;混凝土強(qiáng)度約大，厚度對(duì)彈丸臨界侵徹速度影響越大。

2.2配筋率的影響分析

配筋率對(duì)彈丸臨界侵徹速度的影響見圖2及圖3。分析可知，配筋率增大，彈丸臨界侵徹速度增大;鋼筋混凝土壁厚越厚，配筋率對(duì)臨界侵徹速度影響越大;但是從總體分析，配筋率每增大0.1%，侵徹速度增大1-2m/s，整體影響較小。

2.3形狀系數(shù)影響分析

彈頭形狀系數(shù)對(duì)彈丸臨界侵徹速度的影響見圖4及圖5。分析可知，形狀系數(shù)增大，彈丸臨界侵徹速度越小;鋼筋混凝土壁厚越厚，臨界侵徹速度減小的越明顯;形狀系數(shù)對(duì)臨界侵徹速度的影響，與鋼筋混凝土的強(qiáng)度幾乎無關(guān)。

2.4彈丸質(zhì)量的引信分析

彈頭形狀系數(shù)對(duì)彈丸臨界侵徹速度的影響見圖6及圖7。分析可知，質(zhì)量對(duì)彈丸臨界侵徹速度的影響較大，彈丸質(zhì)量增大，臨界侵徹速度減小較明顯，尤其是壁厚鋼筋混凝土;對(duì)于不同強(qiáng)度的鋼筋混凝土，彈丸臨界侵徹速度影響幾乎一致。

3.結(jié)論

通過侵徹試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)公式的對(duì)比分析，Young公式對(duì)彈丸侵徹鋼筋混凝土的臨界侵徹速度計(jì)算較準(zhǔn)確。若彈丸命中多根鋼筋，則侵徹速度與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值偏差較大。而在實(shí)際侵徹過程中，彈丸命中多跟鋼筋的概率極低。

以Young公式為基礎(chǔ)，目標(biāo)厚度、彈頭形狀系數(shù)及彈丸質(zhì)量對(duì)侵臨界侵徹速度影響較大。厚度每增大100mm，彈丸臨界侵徹速度增大約110m/s;彈頭形狀系數(shù)每增大0.1，彈丸臨界侵徹速度減小30m/s左右;質(zhì)量每增大1kg，彈丸臨界侵徹速度減小20m/s左右。彈丸在不命中鋼筋或命中單根鋼筋條件下，配筋率對(duì)彈丸臨界侵徹速度影響較小。

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作者簡(jiǎn)介：郭超（1990--），男，碩士研究生。