1.结构毁伤增强行为

活性脱壳穿甲弹丸作用结构靶实验及数值模拟研究结果表明，穿靶后活性芯体发生剧烈爆燃反应，活性脱壳穿甲弹在靶后形成超压场及大量二次破片，二者耦合作用，弹丸后效毁伤威力得以大幅提升。

活性脱壳穿甲弹碰撞结构靶毁伤增强行为如图4.53所示。活性脱壳穿甲弹以一定速度初始碰撞结构靶时，分别产生向前传入靶板和向后传入弹丸中的初始冲击波，金属弹芯头部随即在侵彻作用下变形墩粗。随着冲击波继续传播至活性芯体内部，冲击波幅值达到激活阈值后，活性材料进入弛豫阶段。弹丸成功贯穿结构靶后，一方面，弹芯材料会在侵彻过程中出现一定程度碎裂；另一方面，贯穿瞬间的卸载效应将在撞击点附近产生拉伸效应，因此，芯体将首先在穿靶后形成初始碎片云，如图4.53（b）所示。除碎片云外，剩余金属弹芯将包裹活性芯体从靶后飞出。活性材料弛豫时间过后，活性芯体开始发生剧烈爆燃，快速释放化学能。芯体周围金属壳体在爆燃反应超压场及气体产物作用下膨胀变形，最终破坏形成沿径向飞散的高速二次破片，如图4.53（c）所示。活性脱壳穿甲弹的动能与化学能联合毁伤机理将显著增强其后效威力。

图4.53　活性脱壳穿甲弹碰撞结构靶毁伤增强行为

由于活性脱壳穿甲弹丸作用结构靶涉及动能与爆炸化学能的联合毁伤机理，因此其毁伤增强行为受活性芯体结构、撞击速度、结构靶厚度等因素影响显著。当弹丸穿甲能力较弱或结构靶较厚时，将导致弹丸穿靶所需时间较长，活性芯体爆燃时所处位置相对靠近靶板，甚至在靶板侵彻通道内便已发生反应，最终导致活性芯体化学能增强作用大为减弱。相反，若弹丸穿靶所需时间较短，则弹丸易在贯穿结构靶后继续贯穿靶后其余目标而仍未发生爆燃，从而难以发挥其化学能增强作用。此外，活性芯体结构也将以类似影响机制对弹丸最终的毁伤效应产生显著影响，活性芯体比重较大将导致穿甲能力下降，易出现类“早爆”现象，而活性芯体比重较小将导致二次破片效应减弱，也易出现“穿而未爆”现象。因此，在活性脱壳穿甲弹结构设计中，应充分考虑弹丸穿甲性能与后效威力之间的匹配性，实现后效毁伤威力最大化。

2.结构毁伤增强模型

1）靶后初始碎片云

基于上述毁伤增强行为，在弹靶高速碰撞条件下，活性脱壳穿甲弹丸在贯穿结构靶后，重金属弹芯将首先在靶后破碎并形成初始碎片云。可将该初始碎片云轮廓近似为截椭圆形，如图4.54所示。其中，椭圆长半轴和短半轴分别记为c0和a0，碎片云头尾部之间距离为h0，θ为碎片云散射角，表征任一碎片飞散速度矢量与碎片云椭球长轴线间夹角。活性脱壳穿甲弹撞靶时，从靶板贯穿到其在靶后形成初始碎片云的间隔极短，即a0/c0值迅速增加达到一恒定值。通常，不考虑该过程中弹靶材料状态变化，并做出如下假设。

（1）初始碎片云阶段，只考虑金属弹芯碎裂所产生的碎片。

（2）贯穿靶板后，初始靶后碎片云即开始稳定膨胀与飞散。

（3）各碎片速度矢量保持不变，且反向延长线均经过同一点。

图4.54　活性脱壳穿甲弹丸碎片云分布

基于上述假设，弹丸贯穿靶板后所形成初始碎片平均尺寸为

式中，sa为试样平均尺寸；KIC为强度断裂因子；cp为材料声速；ρp为弹芯材料密度；为平均应变率。另假定碎片近似为球形，则碎片总数N0表述为

基于泊松分布，累计碎片数可表述为

式中，M为弹丸质量；m为碎片质量；ma为碎片平均质量；N（m）为质量小于m的碎片总数。由质量与尺寸间转换关系，碎片尺寸分布可表述为

式中，N（s）为尺寸小于s的累积碎片总数。(www.daowen.com)

而后对靶后初始碎片云区域进行离散化处理，其中碎片云空间内第i个散射区间［θ，θ＋dθ］中碎片分布数量可表述为

式中，Nθi为第i个散射区间碎片数量；θmax为碎片最大散射角；v0为弹丸初始撞击速度；Ut为靶板中初始冲击波速度。

第i个散射区间内碎片速度可表述为

式中，vr为弹丸剩余速度；vs为弹道极限速度。常数n和ar分别表述为

式中，Dp和mp分别为弹丸直径和质量；h为靶板厚度。

基于上述靶后初始碎片云模型，即可对活性脱壳穿甲弹丸贯穿结构靶后首先形成的初始金属碎片云进行描述，包括碎片云整体外形轮廓演化、各碎片空间位置及尺寸分布等。但该模型尚未对活性芯体爆燃所引入的化学能增强效应进行描述，因此还需进一步对活性材料爆燃行为进行耦合分析。

2）爆燃二次破片场

事实上，活性脱壳穿甲弹的金属弹芯将在侵彻结构靶过程中不断被侵蚀消耗，相当一部分弹芯将在穿靶后碎裂飞散，即形成初始碎片云。与此同时，包裹着活性芯体的剩余金属弹芯已明显墩粗变形，随着在穿靶过程中被激活的活性芯体弛豫阶段结束，活性材料将发生剧烈爆燃，芯体周围重金属弹芯将被撑裂并沿径向飞散，形成二次破片场，如图4.53（c）所示。

需要说明的是，有关金属壳体在活性芯体作用下的径向膨胀增强效应已在第3章中做了相应讨论与分析，此处做类似假设与处理。对于穿靶后的活性脱壳穿甲弹，形成二次破片场的原因主要有以下两个。

（1）由于活性芯体和金属弹芯泊松比差异，穿靶过程中在机械力作用下引起的径向膨胀效应，主要与泊松比差异、碰撞速度和靶板厚度等相关。

（2）碰撞过程中被激活的活性芯体在靶后发生爆燃，由爆燃压力所引起的径向膨胀效应，主要与活性材料特性等相关。

基于上述两点假设，剩余弹丸在靶后的径向膨胀加速度表述为

式中，Pr为径向压力；mj为壳体质量；S0、Ac分别为尾部弹芯壳体初始内表面积和横截面积；σhs为环向应力；γ为爆燃气体产物的比热比；β=mf/mj；G为经验常数。弹丸穿靶后轴向剩余速度vr及壳体碎片平均质量mf表述为

式中，δ为碎片外形系数；ρj为壳体密度；σfs为破坏应力；λ为Mott常数；εfs为壳体在碎裂时刻的膨胀应变率；d为弹丸外径；M为弹丸总质量；h为靶板厚度；系数G′为经验常数，其值为2 200～2 600。

结合以上模型，对式（4.9）积分，即可得撞击结构靶时沿活性材料芯体轴线处金属外壳的径向速度和径向位移，从而对二次碎片场进行描述。