高硬度材料對金屬射流的防護?
材料a的硬度是材料b的十倍,它們都耐高溫1000度,那材料a防護金屬射流的能力比材料b高嗎?
謝邀
我一個學化學的對裝甲防護也不專業,就說說我熟悉的。
金屬射流對材料的侵徹是一個非常複雜的問題。我們不能隨意給出結論。
先說說硬度
硬度一般是指一塊材料抵抗另一塊材料壓入自身的能力。
查維基百科上說有三種硬度。一個是刻劃硬度、一個是壓入硬度、一個是回彈硬度。這幾個名稱命名的好,一看就都知道說的是什麼。
我就先用簡單的語言來說一下。
硬度是一個介觀量,並且只在准靜態情況下完全成立。硬度的測量都是耗時很長的過程。所以侵徹過程中硬度並沒有起到一個很主要的作用。
射流頭部速度太快,和第一宇宙速度差不多。作用在裝甲上壓強會非常大,一百萬個大氣壓左右。所以雖然硬度可能和抗破能力有相關性。但不是該考慮的因素,因為在這個巨大的壓強下硬度的定義已經失效了。抗一般的破甲彈的最有效的方法是提升密度和強度,而不是硬度。
也可以從化學的角度來分析,硬度是說在低速低溫低壓下,材料的抗壓入能力,那麼主要和化學鍵的慢速響應有關係。像金屬鍵是有塑性的,所以大部分金屬硬度都不高;金剛石,石墨烯這些是共價大分子,化學鍵骨架基本沒有彈性,所以硬度大,模量、聲速、導熱性都很高。在射流高速侵徹時,速度比在材料里的音速還快,化學鍵會直接被打斷,硬度可以忽略。
材料在不同速度下對應的衝擊響應。
所以物質常態下的硬度不能影響到高速衝擊下抗破能力。
我覺得題主是不是要問強度?因為動態屈服強度和剪切強度是決定材料抗射流能力的兩個很關鍵的因素。
可以通過實驗確定一個材料的雨果尼奧彈性極限。這個數值決定了其能承受的最大法嚮應力,然後可以由此得到動態屈服強度和最大剪切強度。這時候不同的材料這兩個性能可以有巨大的差別。
比如裝甲鋼和陶瓷以及高聚物這三種不同的固體。
裝甲鋼的高應變強度不比靜態強度高很多,剪切強度倒是很大,但是因為鋼有延展性,高剪切強度帶來的作用是會變形。但是用純鋼當裝甲也不好,太重了。沒有誰會用1米厚的純鋼去當裝甲。
陶瓷在高應變率下,動態強度會迅速增加幾十倍,然後陶瓷剪切強度不大,會發生碎裂,但是碎裂也是需要時間來傳播,也就是微裂紋理論說的。這些微裂紋傳播有個臨界速度,大概是陶瓷音速的1/3,這個速度比射流運動速度慢很多,再加上神奇的動態強度加成,於是陶瓷會產生一個極大的抵抗開坑的力,會直接讓射流彎曲或者斷裂。不得不說陶瓷這個東西是個bug啊!
高聚物裝甲一般有橡膠,玻璃鋼這些。這些東西有兩個神奇特性,一個是非牛頓流體特性,流動曲線是非線性的,剪切速率的增加比剪切應力增加得快,並且存在屈服應力。在破甲彈攻擊下,以接觸點為圓心,中間的發生碎裂,周圍的發生膨脹。會阻礙射流開坑。
相當於是周圍的橡膠來補充中央坑被打碎的橡膠,源源不斷的補充,射流也就被不斷消耗,最後剩下的杵體就沒什麼威脅了,後面的裝甲可以扛住。
膨脹的橡膠裝甲第二個特性,高聚物是有機物,穿甲過程是絕熱過程,溫度很高,裝甲會氣化,形成一個高壓氣體團,反向膨脹,抵抗射流。總的來說,高聚物纖維增強材料很適合防破甲彈。
這些高聚物都是塑料橡膠一類的,硬度小的東西,可以防破甲彈。所以我說射流這個問題很複雜,基本沒有什麼簡單定理。
破甲彈毀傷坦克一類的東西,主要是靠擊穿後效。擊穿了,後效不夠,也不是很好。那麼在後效防護上,高延展性低強度低硬度的裝甲就比高強度裝甲好。比如鋁和鋼,鋼裝甲的射流會成放射狀噴發進車輛內部,而鋁的不會。
總的來說抗擊金屬射流主要是靠強度和密度。
密度關係很簡單,黑公公那裡有一個計算簡式。我貼一個可以用裝藥方式計算的式子。
α是葯型罩半錐角,η破甲係數,ρ裝葯密度,l葯型罩母線長,D裝葯爆速。
利用這個公式可以對各種不同直徑不同裝葯的破甲彈進行計算。不懂靶彈相互作用請不要瞎扯...
面對高速射流(6-8km/s)(壓力)高於材料極限的時候材料(鋼材僅有0.5-2km/s 玻璃約為3-4km/s 陶瓷4-6km/s 參見《裝甲防護技術基礎》)強度沒有作用的,只考慮密度(某些材料的其他特性除外),在射流斷裂速度較慢的時候材料強度才起作用。
由於射流首尾速度相差很大(7km/s-0.5km/s)跨越了多個區間,因而實際應用里高強鋼在抗射流上也起到了不小作用。
已報警12339
謝謝邀請。這個我一點不懂,你在網上搜一下專業的期刊網吧!比如「萬方數據知識服務平台」等等。
P = L√λρj/ρt_
P是穿深,L是金屬射流的長度。ρj和ρt分別是金屬射流和被打擊的裝甲的密度。另外λ是一個複合係數,包括多方面的影響。
順手百度的,相關因素沒錯,但不保證公式本身正確性。
樓上 goldcaesium 回答的很詳細了,^_^我沒什麼好說的了。
複合裝甲對穿甲彈?
不知道,看密度。
不懂,感覺上硬度在不同溫度下的表現應該不同,如果在金屬射流的溫度下硬度還能保持住的話,損耗應該比硬度低的要小,感覺高溫下韌性應該更重要些吧。
真的不懂這個問題!
高速情況下 密度起主要作用
建議先把題目改到一個可以回答的程度,那個時候就可以用一些有限元分析自己算。現在題目這個樣子一點意義也沒有。
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