超高速弹对花岗岩侵彻深度逆减现象的理论与实验研究

利用100/30 mm二级轻气炮开展1.2~2.4 km/s着速下卵形长杆高强钢弹对花岗岩的侵彻效应实验研究,获得弹/靶宏观破坏形态,测量侵彻深度和侵彻后弹体回收质量等参数。实验结果表明:随着侵彻速度增加,侵彻深度呈现先线性增大后急剧降低再缓慢增长的三段式变化趋势,分别对应于3种不同的侵彻机制——刚性侵彻,半流体侵彻和流体侵彻。结合半流体侵彻阶段弹体半径微增而弹体质量骤减的实验现象,提出考虑弹体质量损失的侵深计算模型,并与实验结果相印证;分析弹体质量损失对弹体侵彻过程的影响,揭示超高速弹对花岗岩侵彻深度逆减现象的内在机制。     

长杆弹对岩石靶的侵彻分析

采用统一强度理论作为岩石材料的屈服准则,建立了长杆弹垂直侵彻岩石靶体的柱形空腔膨胀模型,给出了卵形长杆弹侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以450～1400m/s的速度撞击岩石靶体的侵彻深度,并和试验结果进行了比较。分析了统一强度理论参数b对侵彻深度的影响。     

BLU-109B模型弹在岩石介质中成坑效应试验研究

国外防护工程设计规范中基本上采用经验法评估各种弹体对岩石介质的毁伤问题,而在我国现行规范中尚未涉及该方面的问题。根据相似准则建立弹坑比例半径同弹体侵彻深度和弹体装药参数的函数关系。通过试验和数据回归分析给出BLU–109B钻地模型弹在岩石介质中爆炸成坑的经验公式,并根据试验结果总结出了同等介质条件下弹速和装药对弹坑半径、弹坑深度及弹坑体积的影响曲线。试验结果表明：弹坑半径大小主要取决于弹速、装药量和岩石介质力学性能。在靶体相同和同等装药条件下弹速是毁伤岩石的主要因素。当弹速低于450 m/s时,弹坑半径大小主要取决于侵彻弹坑半径;当弹速超过450 m/s时,弹坑半径的大小将取决于装药爆炸后所形成的弹坑半径,弹坑体积将随之迅速增加。     

岩石中侵彻与爆炸作用的近区问题研究

首先，从理论上分析了目前广泛使用的空腔膨胀理论在研究介质中侵彻与爆炸近区过程存在的问题及其产生的原因：然后，从近区应力与变形的实际状态出发，运用动量与质量守恒关系推得了介质近区运动学的关系式，并解决了变形波速确定的问题。运用此关系可以得到揭示侵彻、贯穿比例换算关系和爆炸近区的几何相似关系等简单实用的结果。     

含高强RPC球柱的复合遮弹层偏航试验研究

在现代战争条件下,防护工程面临的威胁越来越大.研制出一种表面含高强RPC(Reactive Powder Concrete活性粉末混凝土)球柱偏航层的钢纤维RPC靶体,对靶体进行了抗侵彻试验研究.对试验结果从弹体偏转角、弹体破坏情况进行了分析,并用经验公式进行了比较.结果表明本复合遮弹层具有优良的偏航效果,在防护工程中将有着广阔的应用前景.     

动能弹垂直侵彻混凝土的实验研究及其数值模拟

选用H—J—C模型和Johnson—Cook模型分别作为混凝土材料和弹丸的本构模型．以直径为30mm卵形弹丸冲击侵彻混凝土的过程为研究对象,利用有限元分析软件LS—DYNA进行动能弹侵彻半无限厚混凝土靶的数值模拟。通过与实验结果的对比分析证明,文章选用和建立的本构模型、计算模型及其参数可对动能弹侵彻混凝土介质的破坏效应进行较为准确的模拟,其计算误差不超过5％。     

网格对动能弹侵彻有限厚钢筋混凝土靶板数值模拟的影响

为研究网格大小对侵彻数值模拟结果的影响,设计7种计算方案,采用LS-DYNA有限元计算软件对动能弹侵彻有限厚钢筋混凝土靶板实验进行数值模拟与分析,得到了不同ζ值下(弹丸半径与靶体网格之比)弹体剩余速度、弹体侵彻过载及钢筋混凝土靶板损伤结果.通过数值模拟与实验结果对比分析确定,为得到比较理想的结果,在建立模型时靶板网格的ζ值不宜小于2.6.     

细长弹侵彻防护工程材料靶体的试验和理论研究

通过大量模型试验、近似分析方法和数值模拟3种研究途径，对细长弹侵彻防护工程材料靶体的效应进行了较系统的研究。分析了细长弹侵彻防护工程材料靶体的侵彻机理和破坏效应、细长弹侵彻靶体中的应力波的传播规律，给出了适用的细长弹侵彻深度预估公式和方法。     

钻地弹侵彻岩石深度计算新原理与方法

 根据短波与岩体的内摩擦模型,利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的连续运动规律,得到岩体对弹体的侵彻阻抗;通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,揭示侵彻与贯穿问题的比例尺度关系的规律,最后,推得弹体侵彻过程中的参数及侵彻深度计算新公式。通过现有的经验公式计算结果对比验证本公式的可靠性。     

弹丸撞击下花岗岩靶破坏效应实验与数值分析

 对不同速度弹丸撞击花岗岩靶产生的弹坑深度和裂纹长度进行实验和数值分析。利用轻气炮进行五发实验,得到3种撞击速度下的弹坑直径、弹坑深度、靶板表面裂纹分布等破坏效应,并对撞击速度为654 m/s的正侵彻实验靶进行切割,得到靶板内部的裂纹分布情况。采用非线性动力学软件Autodyn对正侵彻花岗岩实验进行数值模拟。将Johnson-Homquist损伤本构模型(JH–2模型)与拉伸断裂软化模型相耦合,来模拟靶板内高应力区材料的压缩和剪切破坏效应,以及低应力区靶板在主拉伸应力作用下产生的损伤和裂纹扩展。相对于传统有限元计算中删除单元形成裂纹的处理方法,本文采用SPH算法,通过定义损伤来描述材料的压缩破坏以及由剪切和拉伸断裂形成的裂纹。模拟得到的弹坑尺寸以及裂纹长度与实验结果符合较好。根据模拟结果进行数值试验,拟合出不同撞击速度下的弹坑深度和裂纹长度的经验关系式。相关方法及材料模型参数可为后继实验和相关数值模拟提供参考。     

粘弹性类型岩石——泰山花岗岩动态凿入特性的实验研究

 运用两点应变测量法的基本原理进行了圆柱形杆末端冲击力测试实验, 理论值和实测结果取得了一致, 验证了其可行性, 并利用两点应变测量法对岩石的动态凿入特性进行实验研究, 根据最小二乘法曲面拟合, 得出了更为精确的凿入系数和粘度系数值, 并在实验的基础上综合得到粘弹性类型岩石——泰山花岗岩力——凿深特性的一般模式。     

断层摩擦实验中的应力状态及摩擦强度

在实验室内进行了辉长岩的摩擦实验。由实验所得的摩擦强度．位移曲线可以看出，岩样变形过程可分为3个变形阶段：开始时为弹性变形，中间为弹塑性变形过渡阶段，最后为剪切塑性变形阶段或稳态应变强化阶段。断层带外主应力大小和方向由实验控制；而在断层带内部，由于断层泥物质的库仑塑性变形导致其应力状态的变化，不同的变形阶段具有不同的应力状态特点。通过对变形过程中的应力状态及摩擦强度变化的研究，分析了断层带内应力主轴方向发生旋转，最终达到简单剪切变形状态的过程。     

基于矿物结构与钻探的花岗岩地质强度指标研究及应用

 受Hoek对泥砂岩地质强度指标(GSI)图研究的启发,在野外工作和室内试验的基础上,尝试建立一个基于矿物结构与钻探的花岗岩GSI量化取值图：(1) 该图引进岩石矿物结构、完整岩芯长度、节理条件等参数来对GSI取值进行量化;(2) 用典型完整岩芯照片代替GSI取值图里岩体结构的素描图,并结合野外岩芯RQD、采芯率、岩体结构等特征对该照片进行描述。根据Hoek-Brown准则,利用该GSI图计算出花岗岩的弹性模量E,其与勘察单位给出的E值最小误差为0.11 GPa,说明该图具有一定的科学性,可用于钻探的场地花岗岩体力学参数估算。