CN116822378B - 基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 - Google Patents
基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116822378B CN116822378B CN202311078615.1A CN202311078615A CN116822378B CN 116822378 B CN116822378 B CN 116822378B CN 202311078615 A CN202311078615 A CN 202311078615A CN 116822378 B CN116822378 B CN 116822378B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- activation
- target
- thickness
- active core
- bullet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 122
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 32
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 29
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 25
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 14
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 8
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 18
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 16
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 238000011160 research Methods 0.000 description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 238000004200 deflagration Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 244000287353 Crassocephalum crepidioides Species 0.000 description 1
- 206010016322 Feeling abnormal Diseases 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013499 data model Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001094 effect on targets Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/27—Design optimisation, verification or simulation using machine learning, e.g. artificial intelligence, neural networks, support vector machines [SVM] or training a model
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Abstract
本发明提供基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，具体包括如下的步骤：分析弹丸口径对活性芯体激活长度的影响；分析碰撞速度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；分析钢靶厚度对活性芯体激活长度的影响；分析头部金属块厚度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；根据不同弹靶条件下的样本量，建立活性芯体激活预测模型；对比激活预测模型，确立毁伤模型；对毁伤模型进行有效性分析。本发明提供的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，采用多元非线性回归分析针对其弹丸口径、碰撞速度、迎弹钢靶厚度及头部金属块厚度等因素构建多因素激活预测模型，以便实现活性芯体弹靶碰撞效应的预测。
Description
技术领域
本发明涉及实弹打靶或实弹侵彻试验安全防护技术领域，具体涉及基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法。
背景技术
基于对弹靶作用力学行为分析及单因素激活模型构建，为拓展活性材料侵爆增强弹的工程实用性，具有重要的意义，同时这为梯度结构弹丸的工程化设计及毁伤效能预测也能提供参考借鉴。
活性材料激活率与弹靶碰撞条件之间存在复杂的非线性关系，激活模型的预测应考虑弹靶碰撞条件各变量间的相互影响。多元非线性回归分析根据非线性函数在自变量变化区间内有多阶导数，将非线性关系转化为广义的线性关系，再结合数理统计的方法进行回归分析，从而建立多元自变量与因变量之间的非线性函数关系。基于此，本方案针对如何实现活性芯体弹靶碰撞效应的预测这一技术问题进行解决。
发明内容
本发明的目的在于提供基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，解决了如何实现活性芯体弹靶碰撞效应的预测这一技术问题，采用ansys autodyn软件进行数值模拟研究，使用origin软件工具，采用多元非线性回归分析针对其弹丸口径、碰撞速度、迎弹钢靶厚度及头部金属块厚度等因素构建多因素激活预测模型，以便实现活性芯体弹靶碰撞效应的预测。
基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，具体包括如下的步骤：
步骤S1：分析弹丸口径对活性芯体激活长度的影响；
步骤S2：分析碰撞速度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；
步骤S3：分析钢靶厚度对活性芯体激活长度的影响；
步骤S4：分析头部金属块厚度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；
步骤S5：根据不同弹靶条件下的样本量，建立活性芯体激活预测模型；
步骤S6：对比激活预测模型，确立毁伤模型；
步骤S7：对毁伤模型进行有效性分析。
所述步骤S1中，获得不同RHA厚度下激活长度数值模拟结果，基于高斯法的非线性曲线拟合激活模型见式(1)，获得拟合优度参数；
(1)
式(1)中，y表示激活长度，x1表示弹丸口径，e为自然常数，y0、xc、w、A为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
所述步骤S2中，获得不同速度下弹丸激活量数值模拟结果，基于对数正态法的碰撞速度拟合激活模型见式(2)，获得拟合优度参数，获得碰撞速度对活性材料侵爆增强弹激活影响特性；
(2)
式(2)中，y表示激活长度，x2表示碰撞速度，e为自然常数，y0、xc、w、A为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
所述步骤S3中，基于高斯法的轴向剩余速度与靶厚的非线性曲线拟合模型见式(1)，获得不同靶厚情况下的拟合优度参数；
针对活性材料侵爆增强弹碰撞6mm-14mm厚度钢靶的数值模拟结果，获得活性芯体激活特性，基于玻尔兹曼法的非线性曲线拟合激活模型见式(3)，获得靶厚与激活长度匹配的拟合优度参数；
(3)
式(3)中，y表示激活长度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，e为自然常数，A1、A2、x0、dx为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
所述步骤S4中，获取不同头部金属块厚度条件下活性芯体内部应力值及轴向剩余速度，针对不同头部金属块厚度条件下活性材料侵爆增强弹侵彻迎弹钢靶数值模拟结果，获得活性芯体激活特性，基于一元线性回归法的头部金属块厚度激活模型见式(4)，获得头部金属块厚度与激活长度匹配的拟合优度参数；
(4)
式(4)中，y表示激活长度，x4表示头部金属块厚度，e为自然常数，a、b为拟合参数，根据拟合所得出。
所述步骤S5中，基于多元非线性回归法
建立“口径-RHA厚度二元非线性曲面拟合”+“速度-金属块厚度二元非线性曲面拟合”叠加激活预测模型见式(5)：
(5)
建立“口径-速度-RHA厚度-金属块厚度单因素拟合”叠加激活预测模型见式(6)：
(6)
建立直接考虑自变量与因变量多次方关系的指数激活预测模型见式(7)：
(7)
式(5)-(7)中，y表示激活长度，x1表示表示弹丸口径，x2表示碰撞速度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，x4表示头部金属块厚度，e为自然常数，其余参数均为拟合参数，根据拟合所得出。
所述步骤S6中，采用激活预测模型进行毁伤效能评估，经过对比分析，多次方关系指数激活预测模型式（7）可信度最高，确立毁伤模型。
所述步骤S7中，将理论模型与实验结果进行比较，利用多层验证靶板的最大穿孔尺寸对数值模拟结果进行验证，分析多层靶板毁伤演化规律及机理。
需要说明的是：目前，多元自变量与因变量之间的非线性数学模型主要有两类，第Ⅰ类非线性数学模型和第Ⅱ类非线性数学模型。
第Ⅰ类非线性数学模型
先单独考虑因变量与单个自变量的一次方关系，然后将因变量与各个自变量的函数关系叠加，若叠加后的函数关系不满足要求，进一步考虑自变量之间的相互作用。第Ⅰ类非线性数学模型相对简单，适用范围广，拟合程度较高，模型的数学表达式：
式中：y 为因变量；ki为回归系数，i=0，···，n；xi、xj均为自变量；kj为回归系数，j=0，···，n；fi（xi）为某自变量与因变量间的函数关系。
第Ⅱ类非线性数学模型
直接考虑各自变量与因变量间的多次方关系，并考虑自变量间的相互作用。 第Ⅱ类非线性数学模型较复杂，属于典型的数学模型，其表达式见式：
式中： y 为因变量；ki为回归系数，i=0，···，n；xi、xj均为自变量；kj为回归系数，j=0，···，n； kq为回归系数，q=j+1。
上述介绍中属于提供了两种模型构建思路。第一类模型属于基于单因素考虑下的多元模型拟合问题，是单因素影响的叠加如公式（6）；第二类模型是直接构建，均按多次方关系处理，简化了单因素分析的同时，个别因素相互间的影响也需要考虑如公式（7）；在第一个非线性模型的基础上，根据单因数拟合的效果，进行了双因素之间的叠加模型设计，使五维模型简化为两组三维可视化模型，也就是公式（5），属于是公式（6）的改进。
本发明达成以下显著技术效果：
综上所述，基于多元非线性回归分析进行了不同弹靶条件下的活性芯体激活行为分析与毁伤变化规律研究；通过理论研究、数值模拟与实验验证，实现了在一定条件下构建口径、碰撞速度、迎弹钢靶厚度及头部金属块厚度条件下的多因素工程预测模型，对后续梯度引发弹丸结构形式设计及毁伤效能的评估具有一定借鉴意义，采用多元非线性回归对活性材料弹丸结构设计理论上也具有较好的参考价值。
附图说明
图1-1为20mmRHA迎弹钢靶下弹靶激活模型；
图1-2为35mmRHA迎弹钢靶下弹靶激活模型；
图2为不同碰撞速度下的内部应力趋势图；
图3为不同碰撞速度下的轴向剩余速度趋势图；
图4为碰撞速度激活模型；
图5为弹丸侵彻钢靶内部应力峰值趋势图；
图6为平均轴向剩余速度拟合曲线图；
图7为6mm-14mm RHA钢靶激活模型图；
图8-1为三种典型头部金属块厚度下活性芯体内部应力峰值趋势图；
图8-2为三种典型头部金属块厚度下平均轴向剩余速度变化趋势图；
图9为头部金属块厚度激活模型；
图10-1为口径-RHA靶厚双曲面拟合效果图；
图10-2为速度-金属块厚度双曲面拟合效果图；
图11为多次方关系指数模型拟合曲线图；
图12为有效性验证图。
具体实施方式
为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
本方案采用多元非线性回归分析
基于对弹靶作用力学行为分析及单因素激活模型构建，为拓展活性材料侵爆增强弹的工程实用性，采用ansys autodyn软件进行数值模拟研究，使用origin软件工具，采用多元非线性回归分析针对其弹丸口径、碰撞速度、迎弹钢靶厚度及头部金属块厚度等因素构建多因素激活预测模型，为梯度结构弹丸的工程化设计及毁伤效能预测提供参考借鉴。
活性材料激活率与弹靶碰撞条件之间存在复杂的非线性关系，激活模型的预测应考虑弹靶碰撞条件各变量间的相互影响。多元非线性回归分析根据非线性函数在自变量变化区间内有多阶导数，将非线性关系转化为广义的线性关系， 再结合数理统计的方法进行回归分析，从而建立多元自变量与因变量之间的非线性函数关系。目前，多元自变量与因变量之间的非线性数学模型主要有两类，第Ⅰ类非线性数学模型和第Ⅱ类非线性数学模型。
第Ⅰ类非线性数学模型
先单独考虑因变量与单个自变量的一次方关系，然后将因变量与各个自变量的函数关系叠加，若叠加后的函数关系不满足要求，进一步考虑自变量之间的相互作用。第Ⅰ类非线性数学模型相对简单，适用范围广，拟合程度较高，模型的数学表达式：
式中：y 为因变量；ki为回归系数，i=0，···，n；xi、xj均为自变量；kj为回归系数，j=0，···，n；fi（xi）为某自变量与因变量间的函数关系。
第Ⅱ类非线性数学模型
直接考虑各自变量与因变量间的多次方关系，并考虑自变量间的相互作用。 第Ⅱ类非线性数学模型较复杂，属于典型的数学模型，其表达式见如下公式：
式中： y 为因变量；ki为回归系数，i=0，···，n；xi、xj均为自变量；kj为回归系数，j=0，···，n； kq为回归系数，q=j+1。
本方案针对弹丸口径、碰撞速度、RHA钢靶厚度、头部金属块厚度这些数据进行相应的数据收集和特征分析。
弹丸口径
在本次弹靶条件研究背景下，5mmRHA装甲钢靶对活性材料基本不能有效激活，因此在这里不做进一步研究，仅20mmRHA和35mmRHA装甲钢的弹靶作用力学行为进行激活模型构建。
不同厚度RHA迎弹钢靶下弹靶激活模型如图1-1和图1-2所示。显而易见，对于RHA装甲钢靶，活性芯体激活长度随口径的增大逐渐增大，在20mm-38mm口径时增长率最大，口径38mm时可使激活率基本达到最大化，40mm口径以后逐渐趋于稳定；24mm-26mm口径时对激活行为影响最大，激活率增长了一倍左右；对于20mmRHA和35mmRHA而言，钢靶厚度的变化对不同口径活性材料侵爆增强弹激活行为基本无影响。分析可知，这是由于随着口径的增大，径向卸载波从壳体传入芯体由卸载冲击波时间逐渐增加而导致的卸载延迟现象，这是激活长度增长的主要原因。但是，当口径增大到一定值时，根据冲击波衰减规律及空腔膨胀理论，此时冲击波已衰减至激活阈值以下，已与径向稀疏波无关。而对于钢靶厚度对激活行为的无影响，由分析可知是由于钢靶过厚而导致的轴向反射卸载波无法追赶卸载芯体内轴向压缩波而导致的。
基于高斯GAUSS法的激活模型非线性曲线拟合方程如式(1)所示，不同RHA厚度下激活长度数值模拟结果列于表1所示（表中d为弹丸口径值，l为激活长度值），拟合优度参数列于表2所示（Sigma、FWHM、Height为衍生参数），拟合效果较好。
(1)
式(1)中，y表示激活长度，x1表示弹丸口径，e为自然常数，y0、xc、w、A为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
碰撞速度
不同碰撞速度下，弹丸毁伤20mmRHA靶板影响特性如图2。可以看出，碰撞速度与内部应力峰值基本呈线性递增的关系，随着碰撞速度的提高，距离碰撞点越近的活性芯体内部应力增长趋势越明显。当碰撞速度800m/s时，活性芯体激活长度仅11.62mm左右，激活率约15.5%，而随着碰撞速度的增加，活性材料激活率逐渐增大，当碰撞速度达到1800m/s时，活性芯体激活长度已达到51.94mm左右，激活率增加到约69.3%。
轴向剩余速度随碰撞速度变化趋势如图3。分析可知，轴向剩余速度随碰撞速度的增大而逐渐增大，且总体上呈线性关系。
不同速度下弹丸激活量数值模拟结果列于表3-1所示（表中v为碰撞速度值，l为激活长度值），基于对数正态LogNormal模型的碰撞速度激活拟合模型见式(2)所示，拟合优度参数列于表3-2（mu 、Sigma为衍生参数），其拟合效果较好，碰撞速度对活性材料侵爆增强弹的激活影响特性如图4。
(2)
式(2)中，y表示激活长度，x2表示碰撞速度，e为自然常数，y0、xc、w、A为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
综上所述，碰撞速度越高，轴向剩余速度越大，弹丸碎裂越严重，形成的自然破片数量越多，且穿靶时内部应力值越高，即靶后激活率和后效碰撞速度越高，对目标侵爆联合毁伤效应将越强烈。因此，在条件满足的情况下，应尽可能提高弹丸初速度。
RHA钢靶厚度
基于本研究前述分析，为进一步探究靶厚对弹丸内部峰值应力的影响规律，针对弹丸侵彻RHA钢靶的情况进行了内部应力峰值分析如图5所示。从图5中可以看出，当RHA钢靶厚度较小时，钢靶厚度对弹丸内部应力值还是存在显著影响的。当靶厚大于14mm时，其活性材料内部应力值与靶厚14mm时的情况相差不大，但是当靶厚为10mm甚至更低时，其活性材料内部应力值出现了明显的下降。不同靶厚情况下，基于高斯法的轴向剩余速度与靶厚的非线性曲线拟合模型见式(1)所示，拟合优度参数值如表4所示（Sigma、FWHM、Height为衍生参数），拟合度较好，拟合曲线如图6所示。分析可知，钢靶厚度对弹丸侵彻能力有显著的影响，拟合度较好，靶后毁伤能力具有一定可预测性，有助于战场后效侵爆毁伤能力评估。
在钢靶厚度达到一定值后，钢靶厚度对弹丸爆燃率没有明显影响，但在钢靶厚度比较小时，靶厚对弹丸激活率会产生显著影响。在本文弹靶作用条件下，钢靶厚度2mm-4mm时，其活性芯体将不会有效激活；在6mm-14mm时，其活性芯体激活率将会大幅提高；钢靶厚度大于14mm时，弹丸激活率逐渐趋于上限。
在以上研究结果的基础上，针对活性材料侵爆增强弹碰撞6mm-14mm厚度的钢靶，进行活性芯体激活特性分析，以1mm厚度为梯度递增，共提取9组数据进行数据分析。基于玻尔兹曼(Boltzmann)法的非线性曲线拟合激活模型见式(3)，靶厚与激活长度匹配数值模拟结果列于表5所示，拟合曲线如图7所示，拟合优度参数列于表6（Span，EC50为衍生参数），结果表明，其拟合度较好；
(3)
式(3)中，y表示激活长度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，e为自然常数，A1、A2、x0、dx为拟合参数，根据非线性曲线拟合所得出。
头部金属块厚度
三种典型头部金属块厚度条件下，活性芯体内部应力值及轴向剩余速度如图8-1和8-2所示。可以看出，有无头部金属块对活性材料侵爆增强弹侵爆性能的发挥具有显著影响，而头部金属块厚度的变化对活性材料侵爆增强弹侵爆性能的发挥也具有较大影响。当不设计头部金属块时，其战斗部活性材料爆燃长度可达45mm左右，轴向平均剩余速度为750m/s左右；当头部金属块增加至20mm时，其战斗部活性材料爆燃长度降至不足20mm，但其轴向平均剩余速度可达到850m/s左右。
综上分析，活性芯体是具有一定侵彻能力的，但在设计活性材料侵爆增强弹结构时，仍需要综合考虑弹丸爆燃性能和侵彻能力，取合适厚度的头部金属块。在本节三种典型头部金属块厚度条件下侵彻20mmRHA，头部金属块厚度在0-10mm左右时，明显具有良好的侵爆双重毁伤能力。
根据以上结果分析，头部金属块厚度对活性材料侵爆增强弹侵爆性能的发挥至关重要，合适的头部金属块厚度将能使活性材料侵爆增强弹侵彻与爆炸耦合毁伤威力最大化，因此这一弹丸结构参数影响因素不容忽视。
表7为活性材料侵爆增强弹侵彻迎弹钢靶数值模拟结果，基于一元线性回归法的头部金属块厚度激活特性模型见式(4)，得到激活拟合参数值列于表8所示，其拟合程度较好，头部金属块厚度对活性材料侵爆增强弹激活效能影响如图9所示：
(4)
式(4)中，y表示激活长度，x4表示头部金属块厚度，e为自然常数，a、b为拟合参数，根据拟合所得出。
综上可推理，在战场环境下，活性材料侵爆增强弹的结构设计，可根据目标特点，选择合适的头部金属块，以发挥其最优的侵爆毁伤特性，达到对目标的最大毁伤威力，而后可据此进行数值模拟，计算出活性芯体激活长度，建立梯度活性材料侵爆增强弹设计模型。而针对本文弹靶条件下，加装10mm厚头部钨块针，对20mmRHA迎弹钢靶具有良好的侵爆毁伤威力，而根据弹靶作用力学数值模拟结果，可推断出活性芯体初步激活部分长度为31mm，剩余未激活长度进行激活阈值调整，提高活性材料激活率，可有效提高活性材料侵爆增强弹战场毁伤威力。
基于多元回归法的多因素模型构建
由上各因素数据特征分析可知，数据结构组成复杂，自变量极差较大，导致因变量离散性较大。为提高预测模型的精度，根据不同弹靶条件下的样本量见表9所示，拟通过多元非线性回归法分别建立口径-RHA 二元非线性曲面拟合+速度-金属块厚度二元非线性曲面拟合、口径-速度-RHA-金属块厚度单因素叠加拟合和直接考虑自变量与因变量多次方关系的芯体激活的多元非线性回归预测模型，并进行研究。
双曲面叠加模型见式(5)，
(5)
双曲面拟合效果如图10-1和图10-2所示，得到拟合参数值列于表10和表11；
分析结果可知，双曲面叠加模型结果更具有直观性，易于理解，R2=0.74199,具有一定的参考意义。
单因素拟合叠加模型如公式(6)，得到拟合参数值列于表12；
(6)
此模型R2=0.36864，拟合效果较差，可知各弹靶作用条件间具有相互作用的影响关系，而不仅仅是简单的叠加问题。
多次方关系指数模型如公式(7)，拟合曲线见图11，得到拟合参数值列于表13；
(7)
式(5)-(7)中，y表示激活长度，x1表示表示弹丸口径，x2表示碰撞速度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，x4表示头部金属块厚度，其余参数均为拟合参数，根据拟合所得出；
首先，分别对单因素进行指数拟合模型构建，除第四部分头部金属块因素外将式(7)各部分线性化，并对方程两边同时取对数，得到：
(8)
将前述单因素数值模拟表1、表3-1、表5中数据依次代入式(8)，得到三组多个方程
组成的线性方程组，并将三组线性方程组写为矩阵形式，则其正规方程为。
利用广义最小二乘法对上式进行求解，可得结果如下：
因此，多次方关系指数模型式(7)为：
(9)
综上所述，多次方关系指数模型公式(7)能较好拟合数据模型， R2=0.9309,可信度较高，能够精确预测不同弹靶作用条件下的活性芯体激活行为，具有一定的工程化借鉴意义。
评价与分析
基于激活模型的毁伤模型构建
由于毁伤效能与活性芯体激活率有直接且密切的关系，因此此处采用激活模型对毁伤规律变化进行研究，模型采用可信度指数最大的多次方关系指数模型公式(7)，毁伤面积和弹靶相关试验参数列于表14，得到拟合参数值列于表15；结果显示，毁伤面积拟合模型可信度R2=0.89933，模型有效。
模型有效性分析
基于上述分析，将理论模型与实验结果进行了比较，如图12所示。利用4个验证靶板的最大穿孔尺寸对数值模型进行验证，分析多层靶板失效的演化及机理。
在不安装头部金属块（即0-mm头部金属块）的情况下，1号验证靶板的数值模拟结果明显低于实验结果，其他验证目标板的数值模拟结果与实验值有一定的偏差。数值模拟的综合破坏效果略低于实验效果。对于钢靶板厚度，当2mmRHA钢靶板受到冲击时，多层间隔靶损伤效应的数值模拟结果略低于实验结果，但当30mmRHA钢靶板受到冲击时，数值模拟结果与实验结果存在显著差异。
分析表明，由于破坏过程中涉及一系列化学能量释放反应，如爆炸和爆燃，因此损坏过程更加复杂;也就是说，本文数值模拟中建立的激活模型仅基于一维冲击波理论。弹丸-目标相互作用的第一步触发了少量活性材料的爆燃效应，随后由于化学能释放效应引起的局部应力波强度而发生的部分活化反应再次得到促进。由于实验中的未激活活性芯体在撞击多层间隔靶的过程中仍然断裂，导致碎裂尺寸再次变小，当达到碎裂活化尺寸时，再次发生活化反应，因此后层间隔铝靶的实验效果优于数值模拟结果;但是，总体误差控制在20%以内。因此，我们认为该数值模型是合理的。
综上所述，基于多元非线性回归分析进行了不同弹靶条件下的活性芯体激活行为分析与毁伤变化规律研究。通过理论研究、数值模拟与实验验证，实现了在一定条件下构建口径、碰撞速度、迎弹钢靶厚度及头部金属块厚度条件下的多因素工程预测模型，对后续梯度引发弹丸结构形式设计及毁伤效能的评估具有一定借鉴意义。采用多元非线性回归对活性材料弹丸结构设计理论上具有较好的参考价值，但由于外场实验条件影响因素较多，因此虽通过数值模拟过程总结的回归方程简单快捷，但也具有一定局限性，对于实施工程应用还需要进一步的补充完善。
基于多元非线性回归分析下弹靶碰撞预测模型的构建方法，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，具体包括如下的步骤：
步骤S1：分析弹丸口径对活性芯体激活长度的影响；
步骤S2：分析碰撞速度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；
步骤S3：分析钢靶厚度对活性芯体激活长度的影响；
步骤S4：分析头部金属块厚度对活性芯体激活长度和轴向剩余速度的影响；
步骤S5：根据不同弹靶条件下的样本量，建立活性芯体激活预测模型；基于多元非线性回归法建立 口径-RHA厚度二元非线性曲面拟合 + 速度-金属块厚度二元非线性曲面拟合叠加激活预测模型见式(5)：
(5)
建立 口径-速度-RHA厚度-金属块厚度 单因素拟合叠加激活预测模型见式(6)：
(6)
建立直接考虑自变量与因变量多次方关系的指数激活预测模型见式(7)：
(7)
式(5)-(7)中，y表示激活长度，x1表示弹丸口径，x2表示碰撞速度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，x4表示头部金属块厚度，e为自然常数，a、a1、a2、a3、a4、a5、b、b1、b2、b3、b4、b5、C、c、c1、w1、xc1、D、d、d1、w2、xc2、f、F1、F2、x0、dx、g、g1、g2、k、k1、k2、k3 、l、l1、l2、l3、m、m1、m2、m3、h为拟合参数；
步骤S6：对比激活预测模型，确立毁伤模型；
步骤S7：对毁伤模型进行有效性分析。
2.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S1中，获得不同RHA厚度下激活长度数值模拟结果，基于高斯法的非线性曲线拟合激活模型见式(1)，获得拟合优度参数；
(1)
式(1)中，y表示激活长度，x1表示弹丸口径，e为自然常数，C、c1、w1、xc1为拟合参数。
3.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S2中，获得不同速度下弹丸激活量数值模拟结果，基于对数正态法的碰撞速度拟合激活模型见式(2)，获得拟合优度参数，获得碰撞速度对活性材料侵爆增强弹激活影响特性；
(2)
式(2)中，y表示激活长度，x2表示碰撞速度，e为自然常数，D、d1、w2、xc2为拟合参数。
4.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于高斯法的轴向剩余速度与靶厚的非线性曲线拟合模型见式(1)，获得不同靶厚情况下的拟合优度参数；
针对活性材料侵爆增强弹碰撞6mm-14mm厚度钢靶的数值模拟结果，获得活性芯体激活特性，基于玻尔兹曼法的非线性曲线拟合激活模型见式(3)，获得靶厚与激活长度匹配的拟合优度参数；
(3)
式(3)中，y表示激活长度，x3表示RHA迎弹钢靶厚度，e为自然常数，F1、F2、x0、dx为拟合参数。
5.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S4中，获取不同头部金属块厚度条件下活性芯体内部应力值及轴向剩余速度，针对不同头部金属块厚度条件下活性材料侵爆增强弹侵彻迎弹钢靶数值模拟结果，获得活性芯体激活特性，基于一元线性回归法的头部金属块厚度激活模型见式(4)，获得头部金属块厚度与激活长度匹配的拟合优度参数；
(4)
式(4)中，y表示激活长度，x4表示头部金属块厚度，g1、g2为拟合参数。
6.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用激活预测模型进行毁伤效能评估，经过对比分析，多次方关系指数激活预测模型式(7)可信度最高，确立毁伤模型。
7.根据权利要求1所述的基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法，其特征在于，所述步骤S7中，将理论模型与实验结果进行比较，利用多层验证靶板的最大穿孔尺寸对数值模拟结果进行验证，分析多层靶板毁伤演化规律及机理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311078615.1A CN116822378B (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311078615.1A CN116822378B (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116822378A CN116822378A (zh) | 2023-09-29 |
| CN116822378B true CN116822378B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88125990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311078615.1A Active CN116822378B (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116822378B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112214896A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-12 | 贵州理工学院 | 一种活性破片战斗部毁伤威力场的获取方法 |
| CN113237910A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 中国人民解放军火箭军工程设计研究院 | 弹丸侵彻靶体损伤评估方法 |
| WO2022116652A1 (zh) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | 西安航天动力研究所 | 液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法 |
| CN116127748A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-05-16 | 北京理工大学 | 一种基于虚幻引擎的弹丸侵彻混凝土靶仿真方法及其系统 |
-
2023
- 2023-08-25 CN CN202311078615.1A patent/CN116822378B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112214896A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-12 | 贵州理工学院 | 一种活性破片战斗部毁伤威力场的获取方法 |
| WO2022116652A1 (zh) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | 西安航天动力研究所 | 液体火箭发动机冲击载荷结构响应预示方法 |
| CN113237910A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-10 | 中国人民解放军火箭军工程设计研究院 | 弹丸侵彻靶体损伤评估方法 |
| CN116127748A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-05-16 | 北京理工大学 | 一种基于虚幻引擎的弹丸侵彻混凝土靶仿真方法及其系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 碰撞速度对活性弹丸作用多层靶影响研究;李向荣;兵器装备工程学报;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116822378A (zh) | 2023-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kılıç et al. | Ballistic behavior of high hardness perforated armor plates against 7.62 mm armor piercing projectile | |
| Xu et al. | The jet formation and penetration capability of hypervelocity shaped charges | |
| Burian et al. | Protection effectiveness of perforated plates made of high strength steel | |
| Villano et al. | Innovative technologies for controlled fragmentation warheads | |
| Elshenawy et al. | Ballistic Protection of Military Shelters from Mortar Fragmentation and Blast Effects using a Multi-layer Structure. | |
| CN116822378B (zh) | 基于回归分析的活性芯体弹靶碰撞效应预测方法 | |
| Ul Haq et al. | The dynamic response of AuxHex and Star-Reentrant honeycomb cored sandwich panels subject to blast loading | |
| Wang et al. | Investigation on the spatial distribution characteristics of behind-armor debris formed by the perforation of EFP through steel target | |
| Han et al. | Design and penetration of a new W-particle/Zr-based amorphous alloy composite liner | |
| Zhang et al. | Mechanics of plate fracture from detonation wave interaction | |
| Wiśniewski et al. | Add-on passive armour for light armoured vehicles protection | |
| Cui et al. | Ballistic resistance of novel amorphous-alloy-reinforced perforated armor | |
| Xu et al. | Assessment of Penetration Performance and Optimum Design of a Bore‐Center Annular Shaped Charge | |
| Hui et al. | Multi-objectives nonlinear structure optimization for actuator in trajectory correction fuze subject to high impact loadings | |
| Xu et al. | Fracture mechanism of a cylindrical shell cut by circumferential detonation collision | |
| Kurzawa et al. | Experimental and metallographic analysis of the energy-absorbing shield subjected to the EFP impact | |
| Pešić et al. | Numerical analysis of a frontal impact of a 12.7 mm projectile on an armor plate | |
| Zhou et al. | Study on the anti-penetration performance of two-layer explosively welded plates impacted by a spherical projectile | |
| Mulabagal et al. | Numerical investigation of penetration characteristics of preformed spherical fragments at hyper velocity | |
| Gao et al. | Oblique penetration performance of Explosively Formed Projectile (EFP) on 6061 aluminum target: experiments and simulations | |
| Orlov et al. | Research of the projectile’s layout for penetration capability through metal targets | |
| Tang et al. | An approximate compressible fluid model of long-rod hypervelocity penetration | |
| Chen et al. | Critical Initiation Threshold of Covered Finite Thickness Explosive under Impact of Shaped Charge Jet | |
| CN116597920A (zh) | 含能复合防护结构的设计方法及防护结构 | |
| Malciu et al. | Research on the mitigation of shaped charge effect |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |