长杆弹对金属靶板侵彻的有限元数值模拟

本文针对长杆对金属靶板的贯穿过程进行了二维数值模拟,给出并讨论了侵彻过程中的主要物理图象。计算结果指出,剩余弹重和残余速度与实验测量结果基本一致。另外,还集中讨论了滑移面和滑移面再定义技术中的一些数值方法问题。     

子弹侵彻靶板研究

为了有效打击地下目标,或是对此类问题的防护,高速弹丸对结构的侵彻毁伤研究越来越受到军事部门的关注,然而通过原型实验费时费力,因此本文在理论分析的基础上,采用ANSYS／LSDYNA软件对整个过程进行数值模拟,描述和动态显示问题的整个过程,可以节约实验投入．为提高弹丸侵彻效果提供参考。     

高速长杆弹对陶瓷装甲侵彻的数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA3D,建立了高速钨质长杆弹对多层陶瓷装甲侵彻的有限元分析模型,描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象,对进一步研究陶瓷装甲防护及弹体侵彻性能具有一定的参考价值。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究，采用MSC．Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析，并将分析结果与实验结果进行了比较．分析结果表明，破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段．有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性，在靶板破口的正面，与弹体平面凸缘两端接触的部分，变形以剪切为主，而与切削面接触的部分，以挤压变形为主；靶板破口背面为剪切冲塞破坏；有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好，弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化．有限元分析结果还表明，采用适当的模型，有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式．     

管-杆伸出式弹芯垂直侵彻半无限靶机理研究

基于管-杆伸出式弹芯材料满足刚-塑性本构关系及该弹芯在侵彻过程中视为准定常运动等假设,通过分别对头部、管体、管与杆重合部及杆体等不同侵彻阶段的理论分析与推导,建立起该弹芯垂直侵彻半无限靶的简化模型。在1300 m/s~1500 m/s的速度范围内,对该弹芯进行了数值模拟与验证试验研究。通过对模型计算、数值模拟及试验结果之间的对比,表明简化模型及数值模拟方法的可靠性,得出了该弹芯垂直侵彻靶板所产生弹坑的形貌特征与形成机制,以及该弹芯在侵彻中的相对优势情况与侵彻深度随速度的变化规律。     

射孔弹聚能射流侵彻钢靶的数值仿真与实验分析

应用ANSYS/LS-DYNA3D显式非线性有限元软件,采用ALE多物质算法对某型石油射孔弹装药结构下聚能射流形成、侵彻钢靶过程进行了数值模拟及分析,并与实验数据作了对比。结果表明,数值仿真与实验结果均值间的穿深误差为8.31%,孔径误差为15.16%,这完全满足设计需要,为今后数值计算在射孔弹装药结构优化设计方面的应用提供了参考依据。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

粉末药型罩石油射孔弹侵彻性能的数值模拟

根据石油射孔弹的实际结构和几何尺寸,运用ANSYS/LS-DYNA2D非线性动力学有限元分析软件,基于自适应网格方法,对孔隙率为11.53%的铜药型罩射流形成和打靶过程以及聚能射流头部速度进行详细描述和分析,并对密实铜药型罩射流形成及打靶的过程进行了数值模拟。对比分析粉末药型罩和密实药型罩侵彻靶板的形貌,结果表明:孔隙率为11.53%的药型罩打靶在穿深、孔径两方面均表现出了更好的侵彻特性。     

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。     

多弹重复爆炸下侵彻通道内碎屑运移特性研究

为了增加钻地武器的侵彻深度,提出一种"串联式"多弹连续爆炸作用方式。在单发弹静爆试验的基础上,拟合出多弹爆炸的周期性爆炸荷载曲线。通过FLUENT软件与EDEM软件耦合数值模拟可知,侵彻通道深度1 m时周期性爆炸荷载作用下碎屑的运移能力得到增强,同时进一步研究了介质碎屑运移特性的影响因素。仿真结果表明:介质碎屑的运移能力与爆炸荷载峰值成正比,与碎屑粒径及弹体偏离钻地通道轴线距离成反比。     

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。     

常规装药侵彻预应力钢筋混凝土安全壳数值模拟

现代战争或反恐怖战争中,核电站极有可能遭受精确制导装药的打击。根据核电站安全壳的结构形式,采用Backman和Goldsmith侵彻方面的假设,建立了钢筋混凝土分离式有限元模型,分别对250m/s、400m/s和600m/s着靶速度的弹丸侵彻预应力混凝土结构的过程进行了数值模拟,结果表明:着靶速度对结构的破坏形式和区域有明显的影响,弹丸侵彻表现为明显的冲塞现象。     

自感知压电层合梁的数值分析与数值模拟

从压电本构方程出发,借助Hamilton原理建立了压电层合结构的有限元方程,基于此理论,对一五层的压电梁运用ANSYS参数化设计语言(APDL)建模,采用二维四结点四边形耦合单元,分析了梁与压电层的几何参数对传感与致动性能的影响,比较了不同边界条件下梁的变形变化。得出的一些有效结论,对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。     

结构参数影响聚能杆式弹丸成型的数值模拟

应用LS-DYNA3D软件对聚能杆式弹丸的形成过程进行数值模拟,研究了药型罩外曲率半径、壳体厚度、外层炸药等因素对聚能杆式弹丸成型的影响规律,得出形成理想聚能杆式侵彻体的各参数之间的关系;并对比分析了钢壳和铝壳形成理想聚能杆式弹丸的条件差异;模拟结果可应用于轻型壳体的聚能杆式战斗部结构设计。     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。     

长管体斜侵彻半无限均质靶简化模型

长管体斜侵彻半无限靶的研究具有重要意义。描述了长管体在速度范围在1000m/s~1500m/s时斜侵彻半无限均质靶板的物理图像,对长管体在侵彻各个阶段的受力和运动情况进行了分析,发现侵彻时管体中央的“靶芯”对侵彻过程影响很大。在一定假设条件下,基于变质量系统动量守恒定律建立了不同侵彻阶段长管体侵彻的质心运动方程,基于动量矩定理建立了不同侵彻阶段绕质心的摆动方程,并进行了数值计算。进行了长管体侵彻半无限均质靶板的试验,试验与计算结果表明二者的侵彻行程吻合较好,说明所建立的模型能够描述长管体对半无限均质靶板的侵彻过程,对空心弹和异形穿甲弹的研究和设计具有一定参考价值。     

层状粘性土及砂土地基中静力压桩连续贯入的数值模拟

总结分析了软硬交互层状土中静压桩沉桩阻力的变化规律。为了使ABAQUS模拟层状土地基,特别是既有粘性土层又有砂土层的层状地基中静压桩贯入,分段采用不同本构关系模型,即在粘性土层中采用修正剑桥模型,砂土层中采用扩展D-P模型。同时,采用多项措施对层状土地基土体初始应力进行平衡。结合工程实例,模拟计算了不同土层性质差异明显、软土中有硬土夹层的层状土中静压桩连续贯入过程,得出了贯入过程中沉桩阻力随深度变化曲线,反映了通过硬土层时桩周应力和沉桩阻力的突变现象,与实测资料较吻合。研究结果有助于静压桩沉桩可能性分析以及挤土效应分析。     

基于损伤理论的钢筋混凝土拱结构破坏过程的数值模拟

从一服役28年的旧拱桥上拆下来两个钢筋混凝土拱肋,对其进行了静载破坏试验。将第一作者提出的弹性损伤理论与有限元法相结合,针对钢筋混凝土结构的破坏问题,建立了相应的损伤力学有限元数值计算方法,编制了相应的计算机程序。对钢筋混凝土拱肋的破坏过程进行了数值模拟计算。拱的破坏模式、位移与应变的理论计算结果与试验结果吻合良好。得出了混凝土材料损伤特性参数的数值,揭示了混凝土材料破坏过程中一些复杂的力学行为。在较大的荷载水平下,钢筋混凝土结构呈明显的非线性特征。研究表明,本文损伤模型可以较好地描述混凝土材料的损伤与破坏行为。     

金属热成形过程的综合数值模拟

金属在热成形过程中的微观组织演变是影响产品力学性能的关键因素,该演变过程取决于温度、应变和应变速率。本文基于有限变形理论和微观组织演变的数学模型,建立了能够模拟变形过程、温度变化过程和微观组织演变过程的有限元法,研制了通用的三维有限元计算软件,并在H型钢三维热轧模拟方面进行了深入开发,给出了原材料为C-Mn钢的H型钢热轧过程综合模拟结果。综合对比了8组不同工艺下的热轧实验结果和计算机模拟结果,二者均吻合良好,表明本文方法能够较好地预报金属热成形过程。