混凝土板受弹体侵彻的球形扩孔分析

本文把受刚性弹体冲击的混凝土材料的性质以线性闭锁流休静力来近似，材料的剪切强度根据文献「１」的试验结果简化为折线；     

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     

弹体冲击效应试验的数值模拟分析

为了对刚玉块石混凝土抗弹体冲击性能进行机理性研究,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对弹体冲击混凝土和刚玉块石混凝土试验进行了数值模拟,形象展现了弹体冲击作用下,混凝土和刚玉块石混凝土靶体破碎、飞溅成坑和背面震塌等现象,真实再现了弹体在混凝土和刚玉块石混凝土中冲击、破坏的物理过程,计算结果与试验宏观破坏现象和高速录像数据吻合良好,说明材料模型和参数正确,模拟方法可行。     

钢管混凝土梁在侧向冲击荷载作用下动力响应的试验研究和数值模拟

为研究不同轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能的影响,该文对已有的冲击试验进行了验证。在验证模型基础上建立了不同轴压比的钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力有限元模型,计算得到连续变化轴压比下钢管混凝土的抗冲击性能参数。结果表明：轴压比对钢管混凝土的侧向抗冲击性能有显著影响。在轴压比小于0.7时,轴力对钢管混凝土构件侧向抗冲击能力有提高作用,当轴压比大于0.7时,轴力对钢管混凝土侧向抗冲击能力有削弱作用。     

冲击载荷下矿用移动式救生舱动态响应的数值模拟

矿用救生舱作为煤矿井下重要的逃生装备,舱体的抗爆炸冲击性能直接决定矿工的生命安全。为了评估某型移动式救生舱的动强度,建立舱体在瓦斯爆炸载荷作用下的全尺寸有限元模型,采用ABAQUS动态显式算法对舱体的整体和局部动态响应进行了分析,按照国家暂行规定获得了舱体正面和侧面承受最大峰值压力分别为0.72MPa和0.36MPa,研究结果为舱体的改进设计和安全使用提供科学依据。     

爆炸荷载下钢管混凝土构件动态响应的数值模拟与试验验证

通过数值模拟和试验两种方法对爆炸荷载下钢管混凝土构件(CFST)的动态响应进行研究.首先基于LS-DYNA非线性有限元分析软件,采用多物质流固耦合方法,建立爆炸荷载下CFST数值模型;其次,设计三根钢管混凝土试件的爆炸罐内近距爆炸试验,并基于试验结果对数值模型的有效性及合理性进行了验证;最后总结爆炸荷载作用下CFST的破坏规律,并通过参数化分析方法,研究核心混凝土强度与钢管厚度对CFST抗爆性能的影响.结果表明:数值模拟方法能够有效合理地反应CFST在爆炸荷载作用下的动态响应,对比爆坑深度和测点加速度的模拟结果与试验结果,误差均在10％以内;近距离爆炸荷载下,CFST结构的破坏形式可分为4个阶段:迎爆面破坏、跨中弯曲变形、端部受拉、振动阶段;提高核心混凝土强度和增大钢管厚度都能改善CFST的抗爆性能,核心混凝土等级为C50、C70、C80的构件背爆面中心位置位移最大值相比于C30等级分别减小了2.3％、4.3％、5.3％,钢管厚度为4 mm、5 mm、6 mm的构件相比于3 mm钢管背爆面中心位置位移最大值分别减小了17.0％、28.6％、37.4％,钢管厚度对结构抗爆性能的改善效果更为明显.     

弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板问题的研究

针对弹体侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题,将弹体的墩粗变形、陶瓷面板碎裂及陶瓷锥的形成变化和金属背板的变形结合起来,建立了可变形弹体垂直侵彻陶瓷/金属靶板的理论分析模型.利用大型非线性有限元程序LS-DYNA3D,对平头弹侵彻陶瓷/金属复合靶板的问题进行数值模拟,得到了陶瓷/金属复合靶板受弹体侵彻的变形过程.最后给出了典型位置的位移随时间的变化曲线,理论模型分析结果和数值模拟结果与实验结果进行了对比,吻合很好.说明理论分析模型的正确性和数值模拟结果的可靠性,可以为复合靶板的设计提供有利依据.     

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。     

双层隔振系统冲击响应数值模拟方法的研究

描述了舰船系统和设备的抗冲击性能的动力学仿真方法.以某船主机双层隔振系统为对象,建立了有限元冲击响应模型.通过计算系统的模态验证了弹性筏体有限元模型的可靠性.论述了研究基础冲击的方法,并模拟计算了双层隔振系统三个方向的冲击响应, 分析了在冲击波作用下系统的冲击响应动应力的最大值.所得结果比较理想,这对于研究双层隔振系统抗冲击设计具有很大的参考价值.     

子弹药落地冲击响应的数值模拟及实验验证

采用数值模方法开展了子弹药以不同落角和攻角撞击混凝土介质的冲击响应的研究,对一定质量、速度的子弹撞击混凝土介质进行仿真计算和实验验证。获得了子弹在落速15m/s、落角60~90°和攻角不大于5°范围内撞击混凝土介质冲击峰值过载和碰撞作用时间的影响规律。数值模拟结果与实验结果吻合较好,研究结果对子弹落地冲击响应理论模型的建立及子弹结构部件的结构强度设计具有参考价值。     

圆锥头弹体冲击复合材料层合板数值模拟

采用ABAQUS软件建立了圆锥头弹体正冲击复合材料层合板的有限元模型,并与已有文献结果进行对比验证了模型的可靠性,进而研究圆锥头弹体以不同的入射角度冲击复合材料层合板时初始速度与剩余速度的关系、复合材料层合板的破坏形态及弹体发生跳弹的规律。结果表明：弹体以90°入射角冲击复合材料层合板,在距离临界速度较大时,弹体的剩余速度与初始速度呈线性关系;不同的初始速度对复合材料层合板的损伤面积和破坏机制也不相同;弹体的入射角度越小、复合材料层合板越厚,越容易产生跳弹现象,并给出了入射角度和铺陈层数对跳弹现象的影响规律。该研究可为各种防护装备的设计和优化提供参考。     

装药弹体高空跌落冲击动态响应研究

弹药意外跌落的冲击作用,可能引发事故甚至导致弹药出现早爆而造成灾难性后果。采用LSDYNA研究了分体式装药弹体从10～35 m范围内6个不同高度垂直撞击混凝土介质的冲击响应,获得了装药弹体从不同高度冲击混凝土介质时冲击过载峰值和脉宽的变化规律、装药内部应力波的传播规律,以及混凝土地面的开坑状况。冲击过载脉宽大约为5 ms,过载峰值最大约为1 000 g,装药头部主要受到压缩作用,轴向应力呈近似半正弦规律变化,其最大值为43.9 MPa。开坑数值模拟结果与实验结果吻合较好,证明了数值模拟的合理性。     

混凝土动态破坏过程的数值模拟

利用离散元法,对冲击载荷下混凝土平板的变形、破坏的全过程进行了数值模拟和动画显示并分析了不同强制位移速率下的不同破坏形式。     

复合材料加筋板低速冲击损伤的数值模拟

建立了复合材料加筋板在横向低速冲击载荷作用下的渐进损伤有限元模型.该模型考虑了复合材料加筋板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层脱粘等五种典型的损伤形式,在层内采用应变描述的失效判据,结合相应的材料性能退化方案,通过编写VUMAT用户自定义子程序以实现相应损伤类型的判断和演化.在层间以及筋条与层板间加入界面元,模拟层间区域的情况,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律.通过对数值模拟结果与实验数据的比较,验证了模型的合理性和有效性.同时探讨了不同位置、不同冲击能量以及含初始损伤(脱粘)等因素对复合材料加筋板低速冲击性能的影响.     

岩石冲击损伤试验的数值流形方法模拟

主要根据岩石在冲击载荷作用下的变形与破坏特征,对现有的仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值流形程序进行了扩展.程序的扩展主要集中在3个方面:添加了由程序本身决定的程序运行终止条件,把恒定的载荷作用扩展为三角波载荷作用,改变原来的单一线弹性本构关系为由冲击损伤本构关系和线弹性本构关系共同组成的复合本构关系.最后利用扩展后的程序对冲击试验结果进行了模拟,结果与试验符合较好.     

SiCP/Al功能梯度装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用粉末冶金方法制备碳化硅陶瓷颗粒(SiC_P)增强金属铝基复合材料板(MMCs), 并采用热压扩散法制备功能梯度装甲板(FGM)。利用高速冲击空气炮系统, 对纯铝靶板和两种不同铺层结构的功能梯度装甲靶板进行侵彻试验, 并利用LS-DYNA软件对侵彻试验过程进行数值模拟分析, 同时考察等厚、 等面密度下SiC颗粒分布对抗侵彻性能的影响。研究结果表明, 功能梯度板的抗侵彻性能比纯铝板好, 而两种不同铺层结构功能梯度板的抗侵彻性能相差不大。数值计算结果与现有试验结果取得了较好的一致, 说明了数值模拟的有效性。从数值计算结果可以看出, 层状功能梯度板比等厚、 等面密度均质复合材料靶板的抗侵彻能力好, 并可近似地认为等厚、 等面密度下多层功能梯度板的抗侵彻性能对颗粒分布不敏感。     

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。     

复合材料加筋板低速冲击损伤的数值模拟

建立了复合材料加筋板在横向低速冲击载荷作用下的渐进损伤有限元模型。该模型考虑了复合材料加筋板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层脱粘等五种典型的损伤形式, 在层内采用应变描述的失效判据, 结合相应的材料性能退化方案, 通过编写VUMAT用户自定义子程序以实现相应损伤类型的判断和演化。在层间以及筋条与层板间加入界面元, 模拟层间区域的情况, 结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。通过对数值模拟结果与实验数据的比较, 验证了模型的合理性和有效性。同时探讨了不同位置、不同冲击能量以及含初始损伤(脱粘)等因素对复合材料加筋板低速冲击性能的影响。     

不同介质中集团装药爆炸混凝土冲击响应的数值模拟

基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,选用Holmquist-Johnson-Cook损伤本构模型,对不同介质中集团装药爆炸下混凝土的动态响应进行了数值模拟,研究了装药在不同介质中爆炸对混凝土的冲击响应和爆炸波在混凝土内的传播与衰减规律。结果表明,介质对混凝土内应力场、压力场、损伤和速度场的分布与衰减有着十分明显的影响。     

刚塑性扁球壳受弹体冲击时动力学响应的近似解

研究扁球壳在弹体局部冲击载荷作用下的响应问题.首先,在球壳材料为刚塑性模型的假设下,基于现有球壳理论的研究基础,对球壳的变形能模型进行改进,仅考虑凹陷区域变形能和棱区膜变形能,根据能量守恒原理,得到了球壳在冲击载荷下的理论结果;其次,在棱区的宽度和凹陷区半径之间引入近似关系式l≈0.05a,以此为基础给出了刚塑性球壳在低速弹体冲击下的显式近似理论解;进一步,将近似解与实验的各种情况进行对比,误差均小于10%;最后,采用LS-DYNA 有限元软件进行数值模拟,也取得了与近似解一致的结果.