普通混凝土HJC本构模型参数确定

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型广泛应用于冲击爆炸作用下混凝土类材料的动态响应分析中。基于已有普通混凝土(单轴抗压强度≤60 MPa)的准静态单轴压缩实验、三轴围压实验、一维SHPB实验和一维平面应变Hugoniot冲击压缩实验数据,确定了一组适用于不同强度普通混凝土材料HJC本构模型的强度参数、率效应参数和状态方程参数取值。基于上述确定参数值通过LS-DYNA有限元分析软件,对十五组普通混凝土(单轴抗压强度13.5~58.4MPa)靶体的刚性弹体侵彻贯穿实验进行了数值模拟。通过与实验中弹体侵彻深度,贯穿残余速度以及弹体过载和靶内径向应力时程结果对比,验证了所确定模型参数的准确性。     

超高性能混凝土抗缩比钻地弹侵彻试验及数值仿真

超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）是一种具有超高强度、超高韧性和超高抗力的新型建筑材料,系统研究UHPC抗缩比钻地弹侵彻机理,对提高军事防护工程的抗弹体侵彻能力和保障防护工程中人员的生命安全具有重要意义。该文利用弹道滑膛炮对C40普通混凝土和C180 UHPC靶体进行500 m/s和850 m/s的弹体侵彻试验,并采用LS-DYNA软件对侵彻过程进行仿真分析。结果表明:与普通混凝土相比较,超高性能混凝土具备优越的抗侵彻能力,能显著地减小弹体对靶体的损伤,有效减小侵彻深度和限制弹坑深度与弹坑直径;数值模拟过程中确定了超高性能混凝土在动态冲击作用下HJC模型的多个关键参数,模拟侵彻结果与真实试验数据十分接近,表明参数的选取与确定科学合理,为分析UHPC抗弹体侵彻机理提供了详实的数据。     

卵形弹侵彻混凝土靶的耦合侵蚀模型

弹体在高速侵彻混凝土介质过程中会出现明显的侵蚀现象,导致弹体发生质量损失和弹头钝化。据已有的实验观察,弹体表面熔化和骨料切削是侵蚀发生的主要机制。该文基于动态空腔膨胀理论并结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制,提出一种耦合两种机制的耦合质量侵蚀模型。该模型通过二维热传导和改进的Rabinowizc磨损理论分别获取弹体表面熔化和骨料对弹体切削而造成的弹体质量损失,通过Johnson-Cook本构将温度和切削两种机制联系起来,进而建立了结合熔化机制和切削机制的耦合质量侵蚀模型。将耦合模型预测的弹体侵彻深度和质量损失率等参数并与实验结果进行对比,对比结果表明模型的理论预测与实验数据有较好的吻合度,验证了该文耦合模型结合熔化和切削机制的合理性。最后,讨论了侵彻过程中弹体的相关运动参数演变过程,为弹体侵彻中侵蚀现象问题的研究提供一定参考。     

弹体侵彻混凝土数值模拟失效指标研究

摘要: 利用单个立方体单元压缩和拉伸数值模拟揭示了HJC混凝土模型的抗压,抗拉和损伤特性,将该模型用于模拟Hanchak侵彻试验,采用最大主应变,等效塑性应变和最大拉静水力三种失效模式后得到的残余弹速和靶板破坏现象与试验结果对比后,最大主应变和拉静水失效得到的弹体残余速度误差比等效塑性应变失效要小,等效塑性应变失效得到的靶板表面破坏现象与实验结果也相差较大。 关键词：HJC混凝土模型;数值模拟;失效指标;弹体侵彻;混凝土板     

中低速长杆弹侵彻半无限岩石靶的动态响应研究

该文将统一强度理论与岩石材料动力强度依赖应变率效应的物理模型相结合,建立了岩石材料在侵彻等动力荷载作用下的率型动态统一强度准则。基于修正的土盘浮动锁应变模型,考虑应变率效应、中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦的影响,推导了土盘整体平均锁应力和整体平均锁应变的表达式。采用MATLAB数值计算软件和四阶Runge-Kutta算法编制计算程序,求解了中低速（V ≤ 900 m/s）长杆弹侵彻条件下弹体的侵彻深度,研究了侵彻过程中弹体的运动规律及靶体的动态响应,分析了各参数对弹体侵深的影响特性。研究表明:该文计算方法可以较好地描述整个侵彻过程中弹、靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻深度的解析解,有效地预测弹体侵深的上限值和下限值;中间主应力效应、强度准则差异和弹头滑动摩擦对岩石靶的抗侵彻性能具有重要影响。     

基于HJC模型高温后大理岩SHPB实验数值模拟研究

为对高温后大理岩动态压缩实验结果进行验证并探索数值模拟方法,采用"参考-计算-试算-调整"的方法基于HJC本构模型对不同温度等级高温处理后大理岩材料模型参数进行确定,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对高温处理后大理岩SHPB实验进行数值模拟,并将数值模拟结果与室内实验结果进行对比分析.结果表明,数值模拟结果与...     

陶瓷/金属复合靶抗侵彻性能的数值模拟方法研究

采用自主开发的欧拉型二维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-2D对钨杆侵彻陶瓷/金属复合靶板进行了数值模拟研究。为了描述陶瓷材料的损伤特性,在软件中嵌入JH-2本构模型及通过平板撞击实验结果拟合得到的高压状态方程。在质点网格法的基础上,给出了在欧拉算法下脆性材料累积损伤、破坏的数值算法。采用上述模型及算法研究了不同陶瓷片厚度条件下陶瓷/金属复合靶板的抗侵彻性能,分析了陶瓷靶损伤演化规律和侵彻过程。数值模拟结果与DOP(侵彻深度实验)结果吻合得较好,验证了该文模型和算法的有效性。     

侵彻条件下岩石类材料RHT模型参数敏感性分析

材料模型的参数敏感性分析对于简化材料参数确定及精确仿真计算结果具有重要意义。针对弹体侵彻半无限厚岩石靶体问题,考虑多种类型岩石的材料参数变化范围及参数间的非独立性,利用优化拉丁超立方设计(Opt LHD)算法设计了RHT模型参数计算矩阵并开展了参数敏感性分析,克服了以往研究中常采用单因素变量法进行分析的不足。分别以侵彻深度、弹体质量损失率及靶体损伤度为评价指标,结合355个有效数值仿真结果,分析了参数间的交互效应。结果表明,参数间存在交互效应,但总体参数组合对三类评价指标的交互效应均不显著,因此,进一步对参数进行了主效应分析。为了定量评价参数敏感性差异,通过建立参数与评价指标间的响应面模型,基于多元二次回归模型计算了参数贡献率,进一步得到了对于不同评价指标的材料参数敏感性排序结果。     

配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响

根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景,该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性,通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距s_h和层间距s_v是影响配筋的主要因素,对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析,研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明：钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能,侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关,与钢筋直径负相关;在相同的配筋率下,采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。     

HJC模型模拟钢筋混凝土侵彻实验的参数研究

运用LS-DYNA程序将表征钢筋的梁单元和表征混凝土的实体单元通过节点耦合进行钢筋混凝土分离建模,数值模拟Hanchak等关于钢筋混凝土靶的穿甲实验,进一步修正HJC模型的参数,在讨论单元失效删除准则的静水压和主应变2种参数对混凝土拉伸破坏影响的基础上,重点对HJC模型关键字参数中的失效类型参数（FS）进行分析,并研究其对混凝土压实破坏的影响。通过改变弹丸侵彻钢筋混凝土靶时的着靶位置,加深了对钢筋在侵彻过程中作用的认识,同时验证该数值模拟方法可行性。所确定的建模方法及参数进一步用于某大质量卵形弹侵彻钢筋混凝土试验的研究工作。     

刚性弹侵彻有限直径金属厚靶的机理与模型研究

采用统一强度理论,考虑靶板中间主应力效应和靶体侧面自由边界的影响,得到线性硬化靶材在弹塑性阶段和塑性阶段的空腔壁径向应力的表达式,建立线性硬化靶材的统一侵彻模型,求出中低速(v₀≤1000 m/s)刚性弹体侵彻有限直径金属厚靶时侵彻阻力、侵彻深度计算公式,并利用Simpson算法对其进行求解,分析了包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述侵彻过程中弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对靶材在不同撞击速度下侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度、靶体半径和弹头形状对有限直径金属厚靶的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻深度增加了22.45%;随着靶弹半径比的减小,侵彻深度不断增大,当靶弹半径比小于等于16时,侵彻深度增大的程度显著,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。     

高速长杆弹对有限直径金属厚靶的侵彻分析EI北大核心CSCD

采用基于统一强度理论的有限柱形空腔膨胀理论,结合Tate磨蚀杆模型,考虑中间主应力、靶体侧面自由边界的影响及高速(1500 m/s~2200 m/s)侵彻弹体的变形和消蚀现象,推导线性硬化有限直径金属厚靶在长杆弹高速侵彻时的空腔壁径向应力,建立侵彻阻力和侵彻深度计算模型,并利用MATLAB软件编程求解,分析包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对不同靶弹半径比的靶材侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度和靶体半径对有限直径金属靶体的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻阻力可减小33.33%,侵彻深度可增加15.93%;当靶弹半径比小于等于20时,侵彻深度增大的程度显著,当靶弹半径比由19.88减小至4.9时,侵彻阻力减小了41.30%,侵彻深度增长了32.61%,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。     

对弹体侵彻混凝土靶体阻力函数计算公式的探讨

基于动态球形空腔膨胀理论,探讨了混凝土材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、压力硬化系数对阻力函数的影响,并指出,混凝土靶体的弹性模量和单轴抗压强度对阻力函数影响较明显,而泊松比和压力硬化系数的影响可以忽略不计。在此基础上,该文忽略泊松比和压力硬化系数的影响,通过引入弹性模量与单轴抗压强度的关系式,分别建立了基于弹性-断裂-塑性和弹性-塑性两种靶体响应模型下,同时考虑单轴抗压强度和弹性模量影响的阻力函数理论公式,并建立了弹体侵彻靶体的加速度时程计算模型。通过与不同尺寸弹体侵彻实验数据对比,验证了该文提出阻力函数表达式的适用性及其在加速度时程以及较大尺寸弹体侵彻深度计算中的优 越性。     

Cavity and crater depth in hypervelocity impact

We discuss the depth of cavities and craters caused by hypervelocity impacts as a function of impact parameters such as impact velocity, projectile and target densities, and projectile diameter, in two extreme cases: the penetration of intact projectiles at low impact pressure and the hemispherical excavation at very high impact pressure. The relations between the depth and the impact parameters are obtained. Then, previous experimental results are compiled; crater depth normalized by projectile diameter and the ratio of projectile and target densities is plotted for glass, plastic, and metal projectiles and metal, rock, ice, foam, sheet-stack, and aerogel targets. The trends of the data are consistent with the relations in the extreme cases.     

A Computational Inverse Technique to Determine the Dynamic Constitutive Model Parameters of Concrete

In this paper, a computational inverse technique is presented to determine the constitutive parameters of concrete based on the penetration experiments. In this method, the parameter identification problem is formulated as an inverse problem, in which the parameters of the constitutive model can be characterized through minimizing error functions of the penetration depth measured in experiments and that computed by forward solver LS-DYNA. To reduce the time for forward calculation during the inverse procedure, radial basis function approximate model is used to replace the actual computational model. In order to improve the accuracy of approximation model, a local-densifying method combined with RBF approximation model is adopted. The intergeneration projection genetic algorithm is employed as the inverse solver. Through the application of this method, the parameters of HJC constitutive model are determined. Results show that the identified constitutive parameters' computational penetration depth and projectile deceleration-time curves are closely in accordance with experimental data. The proposed inverse approach is a potentially useful tool to effectively help identify material parameters.     

An Improved Concrete Damage Model for Impact Analysis of Concrete Structural Components by using Finite Element Method

This paper presents the development of an improved concrete damage model for projectile impact on concrete structural components. The improvement is in terms of reduction of input material parameters for nonlinear transient dynamic impact analysis by employing concrete damage model. The experimental data such as pressure vs volumetric strain, triaxial compression failure and pressure vs stress difference have been used for evaluation of the important parameters of concrete damage model. Various contact algorithms have been outlined briefly to model the interface between the projectile and target. The nonlinear explicit transient dynamic analysis has been carried out by using finite element method to compute the responses. It is observed that the computed penetration depth obtained in the present study is in good agreement with those values of corresponding experimental studies and LS-DYNA.     

Penetration analysis for geo-material based on unified strength criterion

A unified strength criterion is applied for penetration analysis of geo-materials. Based on the cylindrical cavity-expansion theory the relation between the radial traction on the cavity surface and the impact velocity of a rigid projectile is derived. The finial penetration depth of the projectile is analytically obtained and the effect of strength criterion on the penetration depth is investigated. By comparing with existing test results, it is found that the proposed penetration model is effective in the analysis of a rigid projectile penetrating into a semi-infinite geo-material target.