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摘要：想要弹体具有强大的侵彻能力，弹头的头部形状是非常重要的一个角色。理想状态下，弹体是以垂直的角度对于被击中的物体进行入侵，但是在实际的战斗过程中，弹体发射后，会受到一些阻力以及弹体本身的重力的影响，并不是垂直进入，而是以一定的角度进行斜侵彻。因此，需要明确弹头部形状对侵彻能力的影响，并予以优化，才能有效的达到目的。
关键词：头部形状；弹体侵彻；混凝土
一、研究的背景和意义
侵彻力也叫贯穿力，指的是弹头钻入或穿透物体的能力。其大小主要决定于弹头质量、弹头活力的大小和物质的性质。通常以侵彻一定物体的深度来表示。根据撞击物体进入的角度，把侵彻做了分类，分别是垂直侵彻和斜侵彻，对于军工领域，侵彻一直是研究的重要课题。弹体的侵彻问题通常是从进攻和防守两个方面进行研究。从进攻的角度来说，主要会对于弹体的侵彻能力进行研究，而从防守的角度来说，则是主要注重抗侵彻能力。从攻击方的角度来看，不仅需要做好自身的防御工作，还需要加强弹体的侵彻能力，从而能有效打击敌人。所以很多相关的专业人员，通过各种方法和途径来尝试提升弹体的侵彻能力。在这个过程中，弹体的尺寸更小，但是侵彻能力和破甲能力要更加强大。弹头的形状对侵彻有着很大的影响，弹头形状不同，对于侵彻的深度和毁伤面积等都会有所影响，因此，为了使弹体具有更强的攻击力，对于弹体头部形状进行优化，从而提升弹体的侵彻能力，有着重要的作用。
二、研究现状
（一）不同头部形状弹体侵彻
弹体的侵彻过程包括材料的变形、损伤以及破坏等，且弹体的头部形状密切影响着弹体的侵彻行为。近期，针对于弹体头部形状的侵彻问题，已经有了一定的研究成果。在1980年的时候，就有相关的专业人员通过理论分析，建立了侵彻公式，并得出弹头形状和撞击物体的速度有极大关系的结论。通过对比平头弹体、尖头弹体和圆头弹侵彻钢板时的相关数据，得出了研究结论，弹头的头部形状不同，在进行撞击时产生的变形也是不同的，并在弹体的剩余速度方面产生极大的影响。在理论分析后，相关专业人员还在此基础上，进行了仿真测试，并且仿真的结果和实验得出的结论是一致的。还有相关的专业人员对于弹头侵彻混凝土问题进行了研究，并分析了弹体的头部形状对于侵彻的影响。后续，又有相关人员进行数值模拟，对于侵彻的深度和性能进行对比分析，而通过研究弹头形状对陶瓷复合靶的影响，并与仿真结果对比，得出结论，陶瓷复合靶抵抗平头弹的能力更强一些，圆头弹相对较弱。通过数值模拟的方法，对弹体撞击薄目标的过载系数进行对比，头部形状不同，过载系数也会有很大的不同。通过研究不同头部形状的弹体对半无限装甲靶侵彻，得出结论，在刚开始撞击的时候，头部形状的不同对于靶体造成的破坏程度也不同。通过计算弹头部和靶界面的摩擦力，得出的侵彻深度，得出结论，头部形状对于侵彻深度有很大的影响，而且对于相同动能的弹体来说，尖头弹体比起源头弹体，会造成更深的侵彻深度。很多的实验和研究都表明，不同的头部形状弹体的侵彻能力是不同的。
（二）弹体头部形状优化
目前，很多的相关人员对于头部形状和侵彻能力之间的关系进行了研究，但是在对弹体结构进行优化设计，尤其是在特定的条件下寻找最适合的弹头形状方面做的较少。寻找最适当的弹头形状，当然也会用到最优化的方法，但是实际上，虽然在实际的工程中运用比较多，但是很少会把这个方法用于侵彻问题，尤其是用到弹头形状上更是几乎少的可以忽略。而在实际的工程进行过程中，结构的尺寸、材料的参数、约束条件等，这些因素都存在着不确定性，因此，侵彻问题也会受到很多因素的影响。
三、研究方法
侵彻问题的研究方法目前主要分为实验研究法、理论分析法、数值模拟法。
（一）实验研究法
实验研究法，是对于实际问题进行实验再现的一种方法，在进行实验的过程中，被实验的对象一般都是静态，此外，进行实验也需要有特定的实验地点，比如专门的实验室，即使是在室外，也需要符合相应的条件。在实验进行中的时候，或者是在实验完成之后，通过高级的测试设备和高级的测试方法获取所需要的参数。
而且由于实验本身具有直观性的特点，是对于实际问题最真实的体现，可以通过理论进行相应的验证，所以，相对来说，研究高速冲击现象和侵彻问题最理想和最适合的方法就是进行实验。但是，进行侵彻和爆炸实验，不仅费用极其昂贵，在实验过程中容易发生危险，且实验的周期会很长。另外，这种侵彻实验一般都是军方需要的，在这其中，某些时候，人为操作的因素会重于经济的因素。并且，即使进行了又重要价值的实验，但是由于安全性和保密性的需要和要求，实验的数据是不可能向外界公开的。此外，侵彻实验还有一个很大的弊端，就是除了实验本身以外，不能通过这一组实验区推断其他材料的属性或者是几何信息。如果没有对于相关的机理和材料这些基础信息的了解，那么实验能够提供的信息也相当有限，人们无法进行深入的挖掘，因此，针对侵彻问题，很少会采用实验的手段进行研究，一般会采用理论分析法或者是数值模拟，以便更好的研究侵彻相关问题。
（二）理论分析法
随着对于弹体侵彻过程的不断分析和总结，在长期的积累中，得到了一些简单的公式，有效促进了理论分析方法的发展。对于侵彻机理的研究最早开始于外国的相关研究人员，通过建立垂直侵彻时，不同头部弹体的侵彻深度的表达式，并与实验的数据进行对比，得出的结论一致，后续，有相关的专业人员建立了斜侵彻情况下的侵彻深度理论模型，并通过实验进行验证，验证的结构与实验结果有着良好的一致性。目前，相对来说应用比较多的理论分析方法主要有四种，分分别是空腔膨胀理论、侵蚀杆模型、微分面立法和局部互作用理论。但是，理论分析法存在的一个很大问题就是，由于理论分析法是在一个理想的状态下进行的，因此并不能完全的反应实际情况。所以，在进行理论分析法操作的时候，一般都需要先进行一些假设，从而得到理论模型，比如侵彻深度或者是弹道极限速度等。所以，通过理论分析法得出的公式，一般不包括实验才能确定的一些参数，这种方式形式比较简单，且更加方便使用，得出的数据具有一定的可靠性，可以快速的得到问题的答案。此外，理论分析法的适用范围比起实验要更广泛。因为公式中的参数一般是弹体的初始撞击角度或者速度等，以及弹体和被撞击物体本身的物理特征参数，所以，通过理论分析法，建立理论模型，可以推测具有更多特征的弹体和不同材料的侵彻问题的结果。例如弹体对混凝土的侵彻。但是，理论分析法一般只能给出侵彻某一个状态，或者最终状态的答案，却不能研究在整个时间过程中弹体对被撞击物体的影响，因此，如果只靠理论分析法得出的结论是不全面的，还需要借助数值模拟法的帮助，才能更加细致和全面的了解研究整个侵彻的过程。
（三）数值模拟法
侵彻问题中包含着由变形引起的一系列变化问题，因此，对于侵彻问题进行研究得出结论，需要大量的计算。而随着科技的进步和发展，计算机技术带来的便捷，使得可以更加方便的计算充重复的数据。结合相应的侵彻机理和一些假设的数据，计算机能够解决非常复杂的侵彻问题。数值模拟法主要是以计算机为辅助的工具，广泛吸收现代的相关知识，从而满足相关的研究需求。相对来说，数值模拟法更像是对实际问题的一个还原和再现，有力的推动了现代工程学的发展和进步。而随着高性能的计算机出现和普及，侵彻问题的最基本和最广泛的研究手段就是数值模拟法。利用已知的材料模型和参数，利用计算机，可以对侵彻问题的全过程进行研究，也可以对侵彻系统进行优化设计，不仅大大降低了研究成本，同时，也从很大程度上缩短了研究的周期，这个优势是实验研究法和理论分析法无法比拟的。但是，正是因为数值模拟法需要准确的材料参数，这也是它的一大弊端。随着研究者们不断的研究程序，目前已经取得了相当大的进步，目前的一些数值模拟软件，不仅包含多种条件下的通用程序，还有强大的处理程序，而由于它方便运用，且计算精确，这些计算结果已经被广泛的运用到工业的设计和产品性能的分析当中。数值模拟法比起实验研究法和理论分析法更加细致和全面，它能够连续重复的展示侵彻的正轨过程，显示出实验中不容易观察到的现象。侵彻实验耗费的费用巨大，且危险性也很大，运用数值模拟法，可以更加容易的模拟实验，避免风险，促进实验的发展，并提供有力的理论依据，不仅具有很大的经济效益，也能加速实验和理论研究的进程。并且，数值模拟法可以进行复制和移动，并且能重复进行利用，并且可以根据需要进行修改，从而满足更多情况的需求。
结束语：总而言之，弹头的形状不同，对于混凝土的侵彻深度是不同的，很多研究人员通过长期的研究，目前研究侵彻问题，主要有三种方法，其中数值模拟法最为经济实用，能有效模拟出不同的情况和状态，为侵彻问题的研究提供了有力的助力。
参考文献：
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[2]刘志林.卵形头部动能弹高速侵彻钢筋混凝土机理研究[D].南京理工大学,2018.
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