CN112084659A - 考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法 - Google Patents

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CN112084659A CN202010942988.9A CN202010942988A CN112084659A CN 112084659 A CN112084659 A CN 112084659A CN 202010942988 A CN202010942988 A CN 202010942988A CN 112084659 A CN112084659 A CN 112084659A
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Abstract

本发明涉及一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，属于冲击动力学领域。本发明通过结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制，提出一种耦合两种弹体侵蚀机制的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，有效地预测了弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，该方法考虑了弹体侵彻过程中由于弹靶摩擦热导致的弹体表面熔化和硬质颗粒对弹体表面的切削效应，充分考虑了实验观测得到的多种侵蚀机制共同作用，突破了传统计及单一侵蚀机制预测方法的瓶颈。通过该预测方法可实现弹体高速冲击混凝土侵彻性能的高精度预测，为高速侵彻钻地弹的结构设计和混凝土防护性能的评估提供了关键技术支撑。

Description

考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法
技术领域
本发明涉及一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，属于冲击动力学领域。
背景技术
已经有相当多的实验表明，即使冲击速度低于半流体转换速度，弹体依然会发生较为明显的质量损失和弹头钝化现象，并且随着初始撞击速度的提升，质量侵蚀现象愈加严重，且会严重影响弹体的侵彻性能。通过对试验后剩余弹体的观察，一些剩余弹体头部钝化为近似半球形，甚至发生高达7.0％的质量损失。如此严重的弹体侵蚀现象势必会影响弹体的侵彻性能，特别是对于初始撞击速度较高的弹体或强度不够高的弹体。忽略侵彻过程中的侵蚀效应会导致对侵彻性能的预测出现较大误差。侵彻过程中的弹体质量损失会导致弹体动能下降，弹头钝化会导致弹体受力的不均和轴向阻力的增加。侵蚀过程会显著影响弹道的稳定性及弹体结构的完好性，最终降低弹体的侵彻性能。因此，一种计及侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法是极为必要的。
现阶段考虑质量侵蚀的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法主要分为两个方面：(1)依赖已有实验规律，结合部分实验拟合参数，建立工程实用的质弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法。例如Chen等和Wen在Silling经验公式的基础上考虑了骨料硬度对质量侵蚀的影响并建立了各自的考虑质量侵蚀的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法。但这一类方法需要用到大量实验拟合的实验参数，限制了方法的应用范围；(2)通过挖掘侵蚀现象的内在机理，建立基于侵蚀机理的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法。例如，Guo等认为弹体表面热融化导致的弹体材料剥离是弹体质量损失的主要因素并提出了相应的侵彻性能预测方法；He等在对高速侵彻概念弹的微观实验观测基础上，建立了基于熔化热的侵彻性能预测方法；郭磊认为骨料对弹体表面的切削为主要的侵蚀机制，并引入Archard磨损模型来预测弹体的质量侵蚀情况。但现阶段的预测方法大都建立在单一侵蚀机制的基础上且缺乏微观观测结果，未能全面反映多种侵蚀机制共同作用的真实的物理情况，因此仍需进行深入的探讨。
发明内容
鉴于现有方法存在的不足：(1)依赖已有实验规律(2)现有预测方法未能全面反映多种侵蚀机制共同作用的真实的物理情况；本发明的目的是一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，通过耦合弹体表面熔化和硬质颗粒对弹体切削这两种弹体侵蚀的主要机制，突破了传统单一机制侵蚀算法的框架，有效地预测弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，能够为高速侵彻钻地弹的结构设计提供关键技术支撑。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，包括如下步骤：
步骤1：求解控制方程，获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的数值解析解；
基于动态空腔膨胀理论，建立混凝土动态响应的动量和质量守恒方程；采用Ottosen破坏准则和HJC状态方程描述弹体侵彻过程中的混凝土的破坏行为，结合Hugoniot界面跳跃条件，使用龙格库塔数值方法求解得到不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力；
步骤2：根据步骤1的数据集合，拟合得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的参数；
采用二次多项式对不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力进行无量纲化公式拟合，并根据步骤1所获取的计算结果拟合确定多项式的无量纲化参数。
步骤3：根据动态空腔膨胀理论来计算开坑阶段和隧道区阶段靶体给予弹体表面的法向阻力；
在所设定的每一个时间步内，由弹体瞬时速度得到弹、靶间壁面的膨胀速度，再根据动态空腔膨胀理论来计算靶体给予弹体表面的法向阻力；
步骤4：根据热传导方程获取弹体表面的温度分布情况；
在所设定的每一个时间步内，通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况，并统计温度超过弹体熔点的弹体表面体积。
步骤5：采用磨粒磨损理论模型计算混凝土骨料对弹体表面的切削深度；
在所设定的每一个时间步内，利用磨粒磨损理论模型来模拟硬质颗粒对弹体表面的切削，获取骨料等硬质颗粒对弹体表面的切削量。
步骤6：由JC模型建立步骤4和步骤5的相互影响联系，耦合求解得到两种侵蚀机制耦合作用下弹体侵蚀量，更新弹体的轮廓；
弹体表面的屈服强度和温度是计算弹体质量损失量的关键参数。这两个参量不仅与弹体速度、弹头受力等因素息息相关的，相互之间也存在着函数关系。作为在高温、高应变率条件下金属材料中应用极为广泛的本构模型，JC模型可以得到弹体表面温度与屈服强度的函数关系。弹体表面切削回退速度与弹体表面屈服应力有关。对弹头的切削将改变弹头轮廓，进而通过CET理论影响弹头的受力情况及弹靶间摩擦热的大小。摩擦热的大小决定了弹体表面温度的分布及熔化损失的弹体质量。此外，温度分布的改变也会影响到该时间步内切削回退速度。最终得到该时间步内，两种侵蚀机制耦合作用下的弹头轮廓离散点的回退距离，进而计算得到弹体轮廓的变化。
步骤7：根据步骤6对弹体轮廓的更新，计算得到更新后的弹体质量、弹体减加速度以及弹体的瞬时速度。
步骤8：基于所设定的终止条件，输出对应的计算结果。有效地预测弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，为高速侵彻钻地弹的结构设计提供了关键技术支撑。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1的具体实现方式为：
步骤101、基于连续介质力学，在球对称条件下，建立便于数值方法求解的无量纲形式的动量、质量守恒方程：
Figure BDA0002674280660000031
其中，无量纲参数ξ＝r/(c′t)、无量纲参数S＝σr/fc、无量纲参数U＝v/c，c为对应弹性区的界面速度，c′为对应响应区内侧的界面速度，r为距离，t为时间，v是质点速度，fc是混凝土的单轴抗压强度；f2(p)＝σr-σθ分别破坏准则的一般表达式；静水压p＝(σr+2σθ)/3；体积应变κ＝1-ρ0/ρ，ρ0和ρ分别为混凝土介质变形前后的密度；单位体积的压力变化量f′1(κ)＝dp/dκ；无量纲参数φ＝c′/cY，当地声速
Figure BDA0002674280660000032
σr和σθ分别是径向和环向应力分量，取压为正；ω是与静水压和径向应力相关的无量纲参数，具体求解表达式为：ω＝dp/dσr；
步骤102、采用了抛物线型的Ottosen破坏准则描述混凝土受冲击时的破坏状态，具体形式为：
q2+a1q+a2p-a3＝0 (2)
Figure BDA0002674280660000033
其中，q为球坐标下Mises等效应力，其具体表达式为：q＝|σr-σθ|；参数a1、a2、a3；λ为扁平面，具体求解表达式为：
Figure BDA0002674280660000041
其中，参数A'、B'、k1、k2是根据混凝土的单轴抗拉强度、周向抗压强度、双轴等压强度和三轴等压强度的试验测试结果确定的AA常数；θ为应力角，θ＝π/3；
步骤103、采用如下三段式的HJC模型描述混凝土压力-体积应变关系的状态方程，具体形式为：
Figure BDA0002674280660000042
其中，Ke、Kl分别是弹性区和空隙压实区的体积模量，κe和κl分别是空隙初始压实的体积应变和初始密实的体积应变；pc分别为材料空隙开始闭合时的临界压力；pl为材料空隙全部闭合时的临界压力；
步骤104、通过上述步骤，获取了各个响应区的解析解或包含初始条件的控制方程；求解后得到一组空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2的具体实现方式为：
采用二次多项式对不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力进行无量纲化公式拟合，具体形式如下：
Figure BDA0002674280660000043
式中，A、B和C是无量纲参数，具体求解方式如下：将步骤1获取空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合按式(6)进行拟合，得到具体的A、B和C无量纲拟合参数。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3的具体实现方式为：
步骤31、开坑阶段指侵彻深度H满足：0＜H＜2d，其中d为弹体直径；开坑阶段的弹体轴向阻力为：
Fz＝cH (7)
步骤32、隧道阶段弹体总的轴向阻力可表示为：
Figure BDA0002674280660000051
其中，
Figure BDA0002674280660000052
Vz为弹体的瞬时侵彻速度，x为弹体瞬时侵彻深度，
Figure BDA0002674280660000053
为弹体表面法向与侵彻方向的夹角，b为弹头长度，y＝y(x)为弹头外轮廓的函数表达式；G0、G1和G2分别为与摩擦系数μ和弹头形状相关的无量纲形状参数，具体表达式如下：
Figure BDA0002674280660000054
Figure BDA0002674280660000055
Figure BDA0002674280660000056
有益效果：
1、本发明公开的一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，通过结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制的方法，有效地预测了弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，该方法考虑了弹体侵彻过程中由于弹靶摩擦热导致的弹体表面熔化和硬质颗粒对弹体表面的切削效应，充分考虑了实验观测得到的多种侵蚀机制共同作用，突破了传统计及单一侵蚀机制预测方法的瓶颈。通过该预测方法可实现弹体高速冲击混凝土侵彻性能的高精度预测，为高速侵彻钻地弹的结构设计和混凝土防护性能的评估提供了关键技术支撑。
2、本发明公开的一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，采用上述步骤101-104的方式执行，可精确获取各个响应区的解析解，并得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的数据集合。此外，采用抛物线型的Ottosen破坏准则更符合冲击高压下的混凝土应力状态。
3、本发明公开的一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，可简化计算，更加快速地获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的参数；
4、本发明公开的一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，采用动态空腔膨胀理论，可有效获取开坑阶段和隧道区阶段靶体给予弹体表面的轴向阻力。
5、本发明公开的一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，综合考虑了侵彻过程钟弹体侵蚀的两种主要侵蚀机制，获取弹体的质量损失，该计算方法更符合实际情况，且能获取更准确的弹体侵蚀量。
附图说明
图1为本发明所述的计及侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法对应的流程步骤图；
图2为本发明所述的侵彻计算中弹头示意图；
图3为本发明所述的所提方法预测的侵彻后弹体形状与实验结果对比；
图4为本发明所述的弹体侵彻深度随侵彻时间的变化曲线；
图5为本发明所述的弹体剩余质量随侵彻时间的变化曲线；
图6为本发明所述的弹体的减加速度随侵彻时间的变化曲线；
图7为本发明所述的弹头的无量纲长度b/d随侵彻时间的变化。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例所述计及侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，具体实现步骤如下：
(1)求解控制方程，获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的数据集合。
基于动态空腔膨胀理论，建立混凝土动态响应的动量和质量守恒方程；采用Ottosen破坏准则和HJC状态方程描述弹体侵彻过程中的混凝土的破坏行为，结合Hugoniot界面跳跃条件，使用龙格库塔数值方法求解得到不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力；
具体的，作为本发明的优选实例，所述步骤1包括：
步骤101、基于连续介质力学，在球对称条件下，建立便于数值方法求解的无量纲形式的动量、质量守恒方程：
Figure BDA0002674280660000061
其中，ξ＝r/(c′t)、S＝σr/fc、U＝v/c，c为对应弹性区的界面速度，c′为对应响应区内侧的界面速度，r为距离，t为时间，v是质点速度，fc是混凝土的单轴抗压强度f2(p)＝σr-σθ分别是混凝土状态方程和破坏准则的一般表达式；静水压p＝(σr+2σθ)/3；体积应变κ＝1-ρ0/ρ，ρ0和ρ分别为混凝土介质变形前后的密度；f′1(κ)＝dp/dκ；φ＝c′/cY，
Figure BDA0002674280660000071
σr和σθ分别是径向和环向应力分量，取压为正。ω是与静水压和径向应力相关的无量纲参数，具体求解表达式为：ω＝dp/dσr。
步骤102、采用了抛物线型的Ottosen破坏准则描述混凝土受冲击时的破坏状态，具体形式为：
q2+a1q+a2p-a3＝0 (2)
Figure BDA0002674280660000072
其中，q分别为球坐标下Mises等效应力，其具体表达式为：q＝|σr-σθ|。λ为扁平面，具体求解表达式为：
Figure BDA0002674280660000073
其中，参数A'、B'、k1、k2是根据混凝土的单轴抗拉强度、周向抗压强度、双轴等压强度和三轴等压强度的试验测试结果确定的常数。θ为应力角，θ＝π/3。
步骤103、采用如下三段式的HJC模型描述混凝土压力-体积应变关系的状态方程，具体形式为：
Figure BDA0002674280660000074
其中，Ke、Kl分别是弹性区和空隙压实区的体积模量，κe和κl分别是空隙初始压实的体积应变和初始密实的体积应变；pc分别为材料空隙开始闭合时的临界压力；pl为材料空隙全部闭合时的临界压力。
步骤104、通过上述步骤，获取了各个响应区的解析解或包含初始条件的控制方程。采用龙格库塔数值方法一一求解，得到一组空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合。
步骤2：根据步骤1所得数据集合，拟合得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的无量纲参数；
采用二次多项式对不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力进行无量纲化公式拟合，具体形式如下：
Figure BDA0002674280660000081
式中，A、B和C是无量纲参数，具体求解方式如下：将步骤1获取空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合按式(6)进行拟合，得到具体的A、B和C无量纲拟合参数。
步骤3：在所设定的每一个时间步内，由弹体瞬时速度得到弹、靶间壁面的膨胀速度，再根据动态空腔膨胀理论来计算开坑阶段和隧道区阶段靶体给予弹体表面的轴向阻力；
具体的，作为本发明的优选实例，所述步骤3包括：
步骤31、开坑阶段指侵彻深度H满足：0＜H＜2d，其中d为弹体直径。开坑阶段的弹体轴向阻力为：
Fz＝cH (7)
步骤32、隧道阶段弹体总的轴向阻力可表示为：
Figure BDA0002674280660000082
其中，
Figure BDA0002674280660000083
Vz为弹体的瞬时侵彻速度，x为弹体瞬时侵彻深度，
Figure BDA0002674280660000084
为弹体表面法向与侵彻方向的夹角，b为弹头长度，y＝y(x)为弹头外轮廓的函数表达式。G0、G1和G2分别为与摩擦系数μ和弹头形状相关的无量纲形状参数，具体表达式如下：
Figure BDA0002674280660000085
Figure BDA0002674280660000086
Figure BDA0002674280660000087
步骤4：根据热传导方程获取弹体表面的温度分布情况；
在所设定的每一个时间步内，通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况，并统计温度超过弹体熔点的弹体表面体积。对于弹体表面的温升熔化，建立如下的热传导方程：
Figure BDA0002674280660000088
其中，T代表弹体表面温度，ρp为弹体密度，cp为弹体材料热影响因子，λ1为比热容。通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况。将一个时间步内，温度超过弹体熔点的剖面形状记为ΔSm。
步骤5：采用磨粒磨损理论模型计算混凝土骨料对弹体表面的切削深度；
在所设定的每一个时间步内，利用磨粒磨损理论模型来模拟硬质颗粒对弹体表面的切削，获取骨料等硬质颗粒对弹体表面的切削量。弹体表面的切削深度函数g(x)可表示为
Figure BDA0002674280660000091
其中，K为磨蚀参数，
Figure BDA0002674280660000092
为弹靶的相对速度，Y为弹体表面材料的动态屈服强度。这样，在一个时间步内，被骨料等硬质颗粒切削的弹体剖面形状记为ΔSc。
步骤6：由JC模型建立步骤4和步骤5的相互影响联系，耦合求解得到两种侵蚀机制耦合作用下弹体侵蚀量，更新弹体的轮廓；
弹体表面的屈服强度和温度是计算弹体质量损失量的关键参数。所述屈服强度和温度参量不仅与弹体速度、弹头受力等因素息息相关的，相互之间也存在着函数关系。作为在高温、高应变率条件下金属材料中应用极为广泛的本构模型，JC模型可以得到弹体表面温度与屈服强度的函数关系。弹体表面切削回退速度与弹体表面屈服应力有关。对弹头的切削将改变弹头轮廓，进而通过CET理论影响弹头的受力情况及弹靶间摩擦热的大小。摩擦热的大小决定了弹体表面温度的分布及熔化损失的弹体质量。此外，温度分布的改变也会影响到该时间步内切削回退速度。最终得到该时间步内，两种侵蚀机制耦合作用下的弹头轮廓离散点的回退距离，进而计算得到弹体轮廓的变化。图2给出了两个相邻时间步的弹体形状示意图，下标i和i+1分别表示第i时间和第i+1时间。通过上述分析，第i时间步中，弹体由于熔化和切削造成的质量损失量可表示为：
Figure BDA0002674280660000093
步骤7：根据步骤6对弹体轮廓的更新，计算得到更新后的弹体质量、弹体减加速度以及弹体的瞬时速度。
步骤8：基于所设定的终止条件，输出对应的计算结果。输出侵彻后的仿真结果。具体地，作为本发明的优选实例，所述步骤8包括：当弹体瞬时速度降到0m/s(或具体设定的某值)，将相关的数据，如不同时间步的弹体质量、减加速度、弹体瞬时速度和弹头形状等，写入文件。
选用真实侵彻实验为例，弹体初始质量0.48kg，混凝土靶强度为58.4MPa。表1展示了本发明提出的方法预测结果与真实实验数据的对比。可以看到，本发明提出的方法预测结果与实验数据吻合较好。本发明提出的方法预测结果还可以得到侵彻过后的弹体形状，选取不同撞击速度下本发明提出的方法预测的剩余弹体形貌与真实实验结果进行对比，发现预测剩余弹形与真实剩余弹形吻合较好，具体图形记录于图3中。图4-图7给出了不同初始撞击速度下弹体在侵彻过程中多种参量的瞬时变化信息。图4展示了弹体侵彻深度随侵彻时间的变化曲线。图5展示了弹体剩余质量随侵彻时间的变化曲线。图6展示了弹体的减加速度随侵彻时间的变化曲线。图7展示了弹头的无量纲长度b/d随侵彻时间的变化。
表1本发明提出的方法预测结果与真实实验数据的对比
Figure BDA0002674280660000101
通过上述实施例，可以看出本发明所述一种计及侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法充分考虑了实验观测得到的多种侵蚀机制共同作用，克服了单一机制方法与真实工况不相符的不足，有效地预测了弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变。通过该预测方法可实现弹体高速冲击混凝土侵彻性能的高精度预测，为高速侵彻钻地弹的结构设计和混凝土防护性能的评估提供了关键技术支撑。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种考虑侵蚀效应的弹体高速冲击混凝土侵彻性能的预测方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤1：求解控制方程，获取空腔膨胀速度与空腔表面应力的数值解析解；
基于动态空腔膨胀理论，建立混凝土动态响应的动量和质量守恒方程；采用Ottosen破坏准则和HJC状态方程描述弹体侵彻过程中的混凝土的破坏行为，结合Hugoniot界面跳跃条件，使用龙格库塔数值方法求解得到不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力；
步骤2：根据步骤1的数据集合，拟合得到空腔膨胀速度与空腔表面应力的无量纲化关系式并确定其中的参数；
步骤3：在所设定的每一个时间步内，由弹体瞬时速度得到弹、靶间壁面的膨胀速度，再根据动态空腔膨胀理论来计算开坑阶段和隧道区阶段靶体给予弹体表面的轴向阻力；
步骤4：根据热传导方程获取弹体表面的温度分布情况；
在所设定的每一个时间步内，通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况，并统计温度超过弹体熔点的弹体表面体积；对于弹体表面的温升熔化，建立如下的热传导方程：
Figure FDA0002674280650000011
其中，T代表弹体表面温度，ρp为弹体密度，cp为弹体材料热影响因子，λ1为比热容；通过热传导方程可获取弹体表面的温度分布情况；将一个时间步内，温度超过弹体熔点的剖面形状记为ΔSm；
步骤5：采用磨粒磨损理论模型计算混凝土骨料对弹体表面的切削深度；
在所设定的每一个时间步内，利用磨粒磨损理论模型来模拟硬质颗粒对弹体表面的切削，获取骨料等硬质颗粒对弹体表面的切削量；弹体表面的切削深度函数g(x)可表示为
Figure FDA0002674280650000012
其中，K为磨蚀参数，
Figure FDA0002674280650000013
为弹靶的相对速度，Y为弹体表面材料的动态屈服强度；这样，在一个时间步内，被骨料等硬质颗粒切削的弹体剖面形状记为ΔSc；
步骤6：由JC模型建立步骤4和步骤5的相互影响联系，耦合求解得到两种侵蚀机制耦合作用下弹体侵蚀量，更新弹体的轮廓；
弹体表面的屈服强度和温度是计算弹体质量损失量的关键参数；这两个参量不仅与弹体速度、弹头受力等因素息息相关的，相互之间也存在着函数关系；作为在高温、高应变率条件下金属材料中应用极为广泛的本构模型，JC模型可以得到弹体表面温度与屈服强度的函数关系；弹体表面切削回退速度与弹体表面屈服应力有关；对弹头的切削将改变弹头轮廓，进而通过CET理论影响弹头的受力情况及弹靶间摩擦热的大小；摩擦热的大小决定了弹体表面温度的分布及熔化损失的弹体质量；此外，温度分布的改变也会影响到该时间步内切削回退速度；最终得到该时间步内，两种侵蚀机制耦合作用下的弹头轮廓离散点的回退距离，进而计算得到弹体轮廓的变化；
步骤7：根据步骤6对弹体轮廓的更新，计算得到更新后的弹体质量、弹体减加速度以及弹体的瞬时速度；
步骤8：基于所设定的终止条件，输出对应的计算结果；有效地预测弹体高速侵彻过程中的侵蚀及弹体运动参数演变，能够为高速侵彻钻地弹的结构设计提供关键技术支撑。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1的具体实现方式为：
步骤101、基于连续介质力学，在球对称条件下，建立便于数值方法求解的无量纲形式的动量、质量守恒方程：
Figure FDA0002674280650000021
其中，无量纲参数ξ＝r/(c′t)、无量纲参数S＝σr/fc、无量纲参数U＝v/c，c为对应弹性区的界面速度，c′为对应响应区内侧的界面速度，r为距离，t为时间，v是质点速度，fc是混凝土的单轴抗压强度；f2(p)＝σr-σθ分别破坏准则的一般表达式；静水压p＝(σr+2σθ)/3；体积应变κ＝1-ρ0/ρ，ρ0和ρ分别为混凝土介质变形前后的密度；单位体积的压力变化量f1′(κ)＝dp/dκ；无量纲参数φ＝c′/cY，当地声速
Figure FDA0002674280650000022
σr和σθ分别是径向和环向应力分量，取压为正；ω是与静水压和径向应力相关的无量纲参数，具体求解表达式为：ω＝dp/dσr；
步骤102、采用了抛物线型的Ottosen破坏准则描述混凝土受冲击时的破坏状态，具体形式为：
q2+a1q+a2p-a3＝0 (2)
Figure FDA0002674280650000031
其中，q为球坐标下Mises等效应力，其具体表达式为：q＝|σr-σθ|；参数a1、a2、a3；
λ为扁平面，具体求解表达式为：
Figure FDA0002674280650000032
其中，参数A'、B'、k1、k2是根据混凝土的单轴抗拉强度、周向抗压强度、双轴等压强度和三轴等压强度的试验测试结果确定的常数；θ为应力角，θ＝π/3；
步骤103、采用如下三段式的HJC模型描述混凝土压力-体积应变关系的状态方程，具体形式为：
Figure FDA0002674280650000033
其中，Ke、Kl分别是弹性区和空隙压实区的体积模量，κe和κl分别是空隙初始压实的体积应变和初始密实的体积应变；pc分别为材料空隙开始闭合时的临界压力；pl为材料空隙全部闭合时的临界压力；
步骤104、通过上述步骤，获取了各个响应区的解析解或包含初始条件的控制方程；求解后得到一组空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2的具体实现方式为：
采用二次多项式对不同开裂区和弹性区的界面速度所对应的空腔膨胀速度和空腔表面应力进行无量纲化公式拟合，具体形式如下：
Figure FDA0002674280650000034
式中，A、B和C是无量纲参数，具体求解方式如下：将步骤1获取空腔膨胀速度V与空腔表面应力σr的数据集合按式(6)进行拟合，得到具体的A、B和C无量纲拟合参数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3的具体实现方式为：
步骤31、开坑阶段指侵彻深度H满足：0＜H＜2d，其中d为弹体直径；开坑阶段的弹体轴向阻力为：
Fz＝cH (7)
步骤32、隧道阶段弹体总的轴向阻力可表示为：
Figure FDA0002674280650000041
其中，
Figure FDA0002674280650000042
Vz为弹体的瞬时侵彻速度，x为弹体瞬时侵彻深度，
Figure FDA0002674280650000043
为弹体表面法向与侵彻方向的夹角，b为弹头长度，y＝y(x)为弹头外轮廓的函数表达式；G0、G1和G2分别为与摩擦系数μ和弹头形状相关的无量纲形状参数，具体表达式如下：
Figure FDA0002674280650000044
Figure FDA0002674280650000045
Figure FDA0002674280650000046
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