弹体对半无限厚混凝土靶侵彻的数值分析

本文采用混凝土的全过程动态计算本构模型,利用拉郎日弹性塑性有限元程序分析了刚性弹体侵彻半无限厚混凝土靶的深度与弹重、着靶速度、弹头形状、弹体长径比等之间的关系,并分析了弹体侵砌混凝土靶的过程中弹体的结构响应。     

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。     

基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型

基于空腔膨胀理论建立工程模型是研究侵彻问题的常用方法。针对射弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶问题,基于靶体的弹性-裂纹-粉碎响应模式,粉碎区采用考虑围压的Hoek-Brown准则,得到了准静态球形空腔膨胀的空腔壁压力。在Forrestal两个阶段侵彻模型中,用所得空腔壁压力代替隧道侵彻阶段的侵彻阻力,得到刚性弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶的侵彻深度预估公式,与文献侵彻试验以及现有典型侵彻深度预估公式比较表明,预估公式适用范围更广,对于(超)高强混凝土和岩石材料靶的预测精度更高。     

弹体侵彻刚玉块石混凝土的理论分析模型

根据弹体侵彻刚玉块石混凝土后破坏、变形特征,在Taylor理论的基础上,建立了变形弹体侵彻刚玉块石混凝土靶体的理论分析模型.通过Rang-Kutta法数值解,得到了弹丸侵彻刚玉块石混凝土靶体过程中弹体尾部的位移时程、速度时程和侵彻深度计算公式,计算结果与试验数据吻合良好.     

刚性弹体对素混凝土厚靶侵彻响应的LDPM数值模拟研究EI北大核心CSCD

基于一种新的细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model(LDPM),该研究建立了刚性弹侵彻素混凝土厚靶的数值仿真模型。对LDPM基本假设和细观模型构建简单介绍,结合三轴压缩响应曲线,对23 MPa强度素混凝土进行LDPM参数标定。通过对比弹体减速度和侵彻深度试验值,验证数值模型对于混凝土厚靶侵彻问题的适用性。LDPM模拟弹体恒定速度侵彻混凝土厚靶,获得侵彻行程中侵彻阻力变化曲线,结合Forrestal阻力公式得到靶体静态阻应力。仿真结果表明,尖卵形弹头不同CRH值以及侵彻速度对靶体静态阻应力基本没有影响;弹径为最大骨料直径3倍、6倍和8倍的弹体受到靶体静态阻应力分别为260 MPa、175 MPa和163 MPa。该结果对混凝土侵彻缩比实验研究具有重要的实际工程意义。     

卵形弹中低速侵彻UR50超早强混凝土靶机理

为研究早强混凝土的抗侵彻性能和养护龄期的关系,利用35 mm弹道炮和35CrMnSiA制缩比卵形弹对两种养护期下产品名为UR50的超早强混凝土进行了侵彻试验,根据试验数据对两种龄期的超早强混凝土的侵彻响应特性进行对比分析。之后为进一步研究弹体侵彻超早强混凝土的响应机理,引入刚性弹侵彻半无限靶的响应模型进行理论研究,并利用别列赞公式分析了超早强混凝土中特种钢纤维对抗侵彻性能的提升。试验结果表明：弹体中低速侵彻超早强混凝土靶的过程可分为冲击开坑和稳定侵彻两个阶段;超早强混凝土养护7 d就可以达到养护28 d时的抗侵彻性能。利用刚性弹侵彻半无限靶的响应模型对养护7 d和28 d的超早强混凝土的量纲为一的侵彻深度预测值与试验侵彻深度进行对比,发现其最大相对误差分别为29.13%和17.50%,通过对响应模型中两种龄期超早强混凝土的计算无侧限抗压强度进行修正,使其侵彻深度计算值符合实际结果。     

混凝土板受刚性弹撞击的贯穿系数研究

根据侵彻混凝土介质时弹体表面的应力表达式,得到弹体在侵彻过程中的阻抗力,并建立弹体的运动方程.临界贯穿情况发生时,贯穿块表面刚好达到剪切破坏应力,利用这一条件并结合贯穿系数的定义,推导出混凝土板受刚性弹撞击的贯穿系数计算公式.通过计算分析表明:混凝土板的贯穿系数随弹体侵彻深度hq值的增大而减小,随弹体直径d的增大而增大,并且将计算结果与国内外经验公式的结果进行对比,验证了文中贯穿系数计算方法的可靠性.     

弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。     

大装填比弹侵彻钢筋混凝土实验研究

设计了一种薄壁弹体,采用YOUNG方程预估该弹体侵彻混凝土靶板的侵彻深度,采用SAMPLL程序预估轴向过载.运用LS-DYNA软件分析弹体的侵彻过程,对材料力学性能进行实验研究.通过在φ130 mm气炮上的一系列弹体侵彻钢筋混凝土靶实验,考核了弹体的结构强度和侵彻深度.结果表明:弹体在低速侵彻钢筋混凝土靶板时结构不会发生破坏,300 m/s速度下具备侵彻贯穿600 mm钢筋混凝土层的能力.     

弹性弹体侵彻混凝土靶板的过载特性研究

研究了弹性弹体侵彻半无限混凝土靶板的冲击过载特性,利用泰勒级数将弹体两个侵彻阶段的阻力表示为一个函数并考虑应力波的影响,提出了简化的侵彻方程。对边界条件进行齐次化,介绍了求解弹体加速度历程的分离变量算法。尖形弹丸垂直侵彻混凝土靶板试验和Sandia实验室的侵彻过载试验数据与计算结果对比,显示两者一致性较好。分析了弹体内不同位置的过载波动特性,为侵彻用火工品和小型装药的过载安定性和可靠性评估提供了理论参考和分析方法。     

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。     

弹体在具有内摩擦分层介质中垂直侵彻计算方法

将弹体侵彻近区分为破坏区和弹性区,忽略裂纹区影响,利用内摩擦介质侵彻近区运动学方程式,求得弹头阻力。并且通过自由表面边界条件,推导出弹体以残余速度侵彻其他多层介质的阻抗力,得出在垂直情况下,分层介质的侵彻理论公式。当弹体的侵彻速度在一定范围内时,分层介质可以采用波阻抗等效介质方法分析,其结果与目前我国采用的规范计算公式相吻合,使其计算方法建立在较坚实的物理基础上。     

钢纤维混凝土遮弹层抗弹丸侵彻效应试验研究与分析

钢纤维混凝土遮弹层抗常规武器侵彻效应问题,是防护工程界亟待解决的一个崭新课题。为研究这种新型防护材料的抗侵彻性能,利用Φ12.7mm弹道炮-测速靶系统对混凝土及钢纤维混凝土进行了弹道冲击对比试验,获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体破坏形态等试验参数,并利用高速摄影系统记录了靶体的动态破坏过程。针对现有经验公式均不能反映钢纤维混凝土材料高韧性影响的不足,引入钢纤维混凝土材料韧度R,对试验数据进行了回归分析,导出了侵彻深度工程计算公式。计算结果与试验数据对比表明,预估公式计算精度较高,公式中相关参数简单易于确定,且能反映钢纤维混凝土的高强高韧性特点,在实际工程应用中具有重要的参考价值。     

人工神经网络在弹体侵彻混凝土深度中的应用

针对弹体对混凝土材料侵彻深度问题,通过量纲分析和神经网络理论,建立了弹体侵彻深度h网络输出量与弹体长度lp、弹的长径比 lp/d、弹体形状系数ψ、弹体与混凝土的比强度σyt/σyp、弹体与混凝土的密度比ρp/ρt等13个网络输入量之间的非线性映射关系。并采用 RBF网络模型,通过Forrestal等文献的试验样本对网络模型训练,获得了弹体对混凝土材料侵彻深度的网络模型,输出结果满意。     

刚玉骨料超高性能水泥基材料抗侵彻试验和细观数值模拟

混凝土抗钻地武器侵彻能力由基体强度和骨料硬度与粒径共同控制。为了研发具备更高抗侵彻能力的混凝土材料,利用刚玉超高强高硬的特点,将刚玉碎石作为粗骨料,制备出刚玉骨料超高性能水泥基材料(CA-UHPCC)。开展了不同骨料粒径(5~20 mm、35~45 mm、65~75 mm)的CA-UHPCC以及高强混凝土(HSC)靶体的中等口径弹体侵彻试验。通过与前期完成的玄武岩骨料超高性能水泥基(BA-UHPCC)靶体的弹体侵彻试验进行对比,验证了CA-UHPCC较BA-UHPCC和HSC具备更加优异的抗侵彻性能。进一步建立了考虑粗骨料形状随机生成和空间位置随机分布以及粗骨料/砂浆界面层的混凝土三维细观模型,对弹体冲击速度,骨料类型和体积率对混凝土靶体抗侵彻性能的影响进行了细观数值模拟。结果表明,靶体抗侵彻能力随着骨料强(硬)度,粒径和体积率的增大而提高,高强(硬)度和大粒径(大于1.5倍弹径)粗骨料可引起弹体磨蚀和断裂。     

长杆弹超高速侵彻半无限靶理论模型的对比分析与讨论

分别基于六组典型长杆弹超高速侵彻金属靶体以及三组长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体的实验数据,对经典一维AT模型及其五个改进模型对弹体侵彻深度的预测能力进行了评估,并讨论了靶体等效强度(Rt)变化以及弹体的轴线速度变化。计算结果表明,对于长杆弹高速侵彻金属靶体的分析计算,应首选AW模型,其次为LW模型。而对于混凝土靶体,已有有限的实验数据表明,上述六个模型对于长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体侵彻深度预测均不适用,其主要原因在于Rt不能反映超高速侵彻下混凝土靶体的响应。最后基于分析结果,给出了长杆弹侵蚀侵彻混凝土靶体进一步的研究方向。     

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     

混凝土板在弹体冲击下的响应试验与数值模拟

混凝土板在刚性弹体垂直冲击下，受到侵彻对击穿，本文用有限元数值模拟了这一过程，得到了弹体击穿靶板后的剩余速度，靶板被击穿后形成的开坑区和层裂区的大小以及靶板中未被破坏部分的应力应变值，并与实弹试验结果及其它分析方法得到的结果作了比较，都较接近。     

刚性弹体对素混凝土厚靶侵彻响应的LDPM数值模拟研究

基于一种新的细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model(LDPM),该研究建立了刚性弹侵彻素混凝土厚靶的数值仿真模型。对LDPM基本假设和细观模型构建简单介绍,结合三轴压缩响应曲线,对23 MPa强度素混凝土进行LDPM参数标定。通过对比弹体减速度和侵彻深度试验值,验证数值模型对于混凝土厚靶侵彻问题的适用性。LDPM模拟弹体恒定速度侵彻混凝土厚靶,获得侵彻行程中侵彻阻力变化曲线,结合Forrestal阻力公式得到靶体静态阻应力。仿真结果表明,尖卵形弹头不同CRH值以及侵彻速度对靶体静态阻应力基本没有影响;弹径为最大骨料直径3倍、6倍和8倍的弹体受到靶体静态阻应力分别为260 MPa、175 MPa和163 MPa。该结果对混凝土侵彻缩比实验研究具有重要的实际工程意义。     

蜂窝钢管约束混凝土靶抗多发打击试验研究

混凝土广泛应用于防护结构,对混凝土施加约束可以有效改善其脆性,从而提高其抗弹性能。钢管约束混凝土抗侵彻性能优良,在防护结构中具有广阔的应用前景。为了研究蜂窝钢管约束混凝土的抗侵彻性能,推进钢管约束混凝土的工程应用,进行了蜂窝钢管约束混凝土靶(STCC)和半无限靶抗12.7 mm穿甲弹多发打击对比试验,得到了靶体损伤模式,测量了漏斗坑的体积与深度等损伤参数,计算了蜂窝钢管约束混凝土靶等效侵彻阻力,分析了先发打击对后发打击的影响。结果表明:蜂窝钢管可将弹丸侵彻产生的混凝土损伤限制在被打击单元内,其核心混凝土的损伤模式为"漏斗坑+侵彻隧道+侧面裂纹";与半无限混凝土靶相比,蜂窝钢管约束混凝土靶抗4发打击的侵彻深度(DOP)可减小约18%,抗6发打击的漏斗坑体积与深度分别可减小约78%和55%,其抗多发打击性能明显优于半无限混凝土靶。