动能弹侵彻混凝土靶性能仿真与研究

应用空腔膨胀理论建立了动能弹侵彻混凝土靶的动力学模型,对动能弹侵彻混凝土靶进行了理论计算。同时,应用HJC损伤本构模型对侵彻混凝土靶进行了有限元数值模拟,对数值模拟与理论计算得到的弹体出靶后的剩余速度及穿靶中的冲击过载进行分析,结果表明理论计算与数值模拟结果数据吻合较好。     

刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律分析

针对弹体可能受到非对称力作用从而发生弹道偏转的问题,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶的弹道偏转规律进行分析。采用混泥土细观模型,运用 LS-DYNA 显式动力计算软件,对刚性弹正侵彻随机骨料混凝土靶进行数值模拟。以弹体偏转角度为指标,重点考虑混凝土靶的骨料/砂浆强度、弹体侵彻速度等因素,讨论其对弹体正侵彻条件下弹道偏转的影响规律。结果表明：根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力;弹道偏转角度随混凝土砂浆强度减小而增大,相反地,随骨料强度增加而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响;在刚性弹假设下,弹道随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小;但若弹体非刚性假设,越高速度侵彻,越容易变形破坏,则越容易偏转且容易出现“J”弹道。     

动能弹垂直侵彻混凝土靶板的三维数值模拟研究

利用LS—DYNA程序对动能弹垂直侵彻混凝土靶板的过程进行了三维数值模拟。根据模拟结果。分析了侵彻过程各个阶段的物理现象和弹靶作用特征；绘制了不同侵彻初速对侵彻结果的影响曲线，获得了弹体初速对混凝土侵彻的影响规律．可以为混凝土的侵彻研究提供参考依据。计算表明，三维数值模拟方法能够形象显示动能弹垂直侵彻混凝土靶板的细节和初速对侵彻结果的影响情况。     

弹丸对钢筋混凝土及SFRC靶侵彻特性研究

利用弹道靶系统,对钢筋混凝土与钢纤维混凝土（2％钢纤维含量）进行了垂直侵彻模型试验研究,得到了弹丸初速、弹坑直径、最大侵彻深度等试验参数。结合试验数据．分析了不同弹丸速度下两种靶体的开坑特性。引入了钢纤维混凝土材料韧度R,利用能反映材料韧度作用的修正ACE公式对侵彻深度进行了计算,计算结果与试验数据相吻合。并通过数值计算方法对侵彻过程中弹丸减速度时程曲线进行了分析。研究表明,钢纤维混凝土与相同基体钢筋混凝土相比具有良好的抗侵彻性能,且随弹丸速度提高作用愈显著。     

卵形杆弹侵彻混凝土靶的有限元数值模拟

介绍了一种适用于侵彻计算的混凝土材料模型,通过所建的有限元程序对杆弹侵彻混凝土靶进行了数值模拟.正侵彻的计算结果和实验结果具有较好的一致性,能够模拟杆弹侵彻混凝土靶的成坑和损伤分布情况;对不同倾角和初速的斜侵彻进行了模拟计算.结果表明,该文方法和所建程序是合理的、有效的,为混凝土侵彻过程的数值分析提供了参考.     

弹丸对混凝土板侵彻的MCA方法数值模拟

根据非均匀材料的细观特征，从运动学的基本原理出发，推导出适于高速侵彻的移动元胞自动机法的计算模型．在模型中采用了位移、应力、体积应变等三个破坏准则。应用该模型对弹丸以不同速度侵彻混凝土靶的破坏过程进行数值模拟．给出弹靶的破坏变形过程．得到了侵彻深度与速度的关系曲线。并将弹丸侵彻混凝土的计算结果与Forrestal经验公式计算和试验结果进行对比．吻合较好．说明该计算方法可以有效地计算和模拟高速侵彻问题。     

MCA方法在长杆弹侵彻土壤及混凝土复合介质中的应用

介绍了MCA方法的理论基础，并使用该方法对长杆弹侵彻土壤及混凝土复合介质进行二维数值模拟，给出靶板的破坏变形过程，得到了侵彻过程中弹丸速度变化曲线及侵彻深度与着靶速度的关系曲线。数值模拟结果与已有实验现象吻合。     

骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究

为考察骨料粒径对混凝土材料抗高速破片侵彻的影响,利用轻气炮加速装置和激光测试系统进行素混凝土(PC)和钢纤维增强混凝土(SFPC)侵彻实验研究,通过高速摄像机记录弹体着靶姿态和靶体动态损伤过程。实验中混凝土靶选用5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm 3种不同级别骨料粒径,通过对侵彻深度、成坑体积以及靶体碎片剥落过程的比较发现：针对素混凝土靶体,3种级别粒径范围内,级别最大的骨料粒径靶体其抗侵彻能力达到最强;而对于钢纤维含量为1%的钢纤维增强混凝土,粒径级别为10～15 mm的靶体抗侵彻能力最佳,结合骨料粒径对混凝土断裂能的双重作用,表明钢纤维的含量与骨料粒径之间存在一个优化值,在这个优化值配比下,钢纤维增强混凝土抗高速破片的侵彻能力能够达到比较理想的效果。实验结果的讨论分析对混凝土防护工程的设计具有借鉴作用。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

卵形头部弹侵彻单多层混凝土靶板有限元仿真

单多层混凝土靶板已被广泛用于军用防护领域,为研究其抗侵彻性能,利用有限元程序LS-DYNA,对卵形弹以360～1 058 m/s的速度侵彻单多层混凝土靶板进行了数值计算,比较计算与试验下的弹丸剩余速度,讨论混凝土靶板的破坏现象,分析弹丸对单多层混凝土靶板的侵彻规律及靶板厚度对弹丸过载特性的影响.计算结果与试验结果相吻合,表明所建立的弹丸侵彻混凝土模型是有效的.     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。     

不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究

为了研究着靶速度在1000～2000 m/s时弹丸的运动规律,分别对不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土进行研究。介绍弹丸高速侵彻混凝土的研究现状,采用数值模拟方法对其进行研究,阐述高速弹丸侵彻混凝土的数值仿真,分析不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响,并获得弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系。仿真结果表明：当速度范围在1400～1700 m/s时,锥形头部弹丸的侵彻效应要优于其他三者;当速度范围在1800 m/s以上时,卵锥形弹丸由于发生大的磨蚀与变形此时已经失效,并且在此速度范围下,其他3种弹丸的侵彻效应逐渐趋于一致。该研究结果对今后动能弹及半穿甲弹丸的弹形设计具有一定借鉴意义。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究进展

钢筋混凝土靶的侵彻与贯穿研究可为钻地武器有效发挥毁伤作用以及钢筋混凝土结构有效承担防护功能提供必要支撑。从实验研究、经验和半经验公式、理论建模以及数值模拟等方面系统地综述该领域的国内外研究进展;总结素混凝土与钢筋混凝土靶对比侵彻实验和钢筋混凝土靶非正侵彻实验中典型的实验现象,整理用于计算钢筋混凝土靶侵彻深度、贯穿剩余速度等参量的经验和半经验公式,归纳空腔膨胀、等效分层、考虑钢筋直接碰撞作用等主要的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿理论研究成果,梳理不同数值算法、建模方式、材料模型等条件下有代表性的钢筋混凝土靶侵彻与贯穿数值模拟工作,评述研究现状,并重点对实验和理论模型等部分进行讨论与分析,对研究发展方向进行力所能及的展望。     

高速破片对半无限厚钢靶的侵彻试验研究

进行了典型高速破片对半无限厚45号钢靶侵彻试验,并根据Tate-Alekseevskii弹体侵彻模型及理想刚塑性材料模型假定,推导了高速破片冲击下,半无限厚钢靶的侵彻深度计算公式,提出了靶体的抗侵彻阻力以及靶体材料动态屈服强度的计算方法,计算侵彻深度与试验结果吻合良好。结果表明:半无限厚45号钢靶的抗侵彻阻力约为5.246倍静态屈服强度;在平面应变侵彻条件下,当弹速为500～1300m/s时,45号钢的动态屈服强度约为静态屈服强度的2.998倍;弹体的临界侵彻速度为319.9m/s,冲击速度小于临界侵彻速度时不会发生侵彻。     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

PELE与动能弹侵彻有限厚混凝土靶比较研究

随着混凝土目标的大量涌现,弹体对混凝土靶的侵彻得到越来越多的研究和关注。运用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析讨论PELE和动能弹以一定的初始速率垂直侵彻混凝土靶的动态过程,并将二者进行比较。结果表明,质量和口径相同的PELE和动能弹以相同的速度垂直贯穿混凝土靶后,PELE形成穿孔的直径明显大于动能弹,而动能弹的剩余能量明显多于PELE。此外,对特定的弹靶系统,要达成最大的穿孔直径,存在最佳的着速范围。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。