弹丸侵彻混凝土靶的数值模拟

在数值模拟弹丸侵彻混凝土时,由于混凝土动力学本构模型较多且复杂,使得材料模型及其相关参数的选取成为数值模拟侵彻的难点。鉴于这种情况,在分析对比了Ls-Dyna混凝土材料模型的基础上,给出了各种模型的适用领域,又重点对混凝土Johnson-Homquist模型进行了研究分析,利用灵敏度分析与试验反演修正确定模型参数,在降低试验成本的同时提高了侵彻结果的准确度,利用此方法确定模型参数,模拟了Forrestal的部分侵彻试验。结果表明,此方法简单有效,能够很好的预测侵彻结果。     

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。     

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟的影响

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟结果影响较大,为完成某球缺罩EFP的设计,分别选择J-C本构和Steinberg本构为紫铜药型罩材料模型,基于Autodyn开展110 mm口径球缺药型罩EFP成型与侵彻对比计算.结果表明,使用J-C本构与Steinberg本构,EFP在成型过程中总体变形一致,但后者对应的弹丸尾部有较大部分与主体断裂,材料出现超过3.0E +7的应变,不符合物理事实;侵彻钢靶模拟,2种方法最大侵彻深度相差较小.综合而言,建议球缺药型罩EFP成型及侵彻模拟计算中应优先选取J-C本构模型.     

壳体刻槽PELE冲击破碎数值模拟

为研究刻槽参数对横向效应侵彻弹丸(PELE)冲击破碎的影响规律,采用光滑粒子流体动力学方法,利用Johnson-Cook本构模型,引入最大主应力失效和随机失效准则,建立数值模拟模型,对PELE壳体的冲击破碎过程进行模拟,并试验验证了数值模拟模型的有效性。利用均匀设计方法确定刻槽数量、刻槽角度、刻槽深度的因素水平表和数值模拟方案,分析壳体的破碎情况。研究结果表明:该文采用的数值模拟模型能够有效模拟PELE的壳体破碎情况,壳体刻槽PELE侵彻贯穿靶板过程中,壳体的纵向断裂和破碎基本沿着刻槽位置开始,壳体破碎产生的碎片多为长条状。壳体破碎程度随刻槽数量的变化呈抛物线趋势变化,随刻槽角度的增大而减小,与刻槽数量、刻槽深度的乘积正相关。该文采用的数值模拟模型和研究方法可用于研究固体材料的冲击破碎。     

混凝土Johnson-Holmquist模型极限面参数确定

为合理确定Johnson-Holmquist(JH)本构模型参数,根据屈服面理论建立了粘聚强度与Mohr-Coulomb准则参数的关系,提出了一种通过三轴围压试验获取极限面参数的方法。采用围压高达120MPa的三轴试验实测了一种混凝土的破坏强度,同时结合文献数据确定了统计经验的JH模型极限面参数。通过对飞片碰撞与侵彻的数值模拟,检验了参数的合理有效性。     

一种新型钢筋混凝土分离建模方法

为进一步分析钢筋混凝土在弹丸冲击下的破坏响应,提出了一种在LS-DYNA中利用梁单元表征钢筋并通过节点与混凝土耦合进行钢筋混凝土分离建模的新方法,利用该方法模拟了Hanchak S J关于钢筋混凝土靶的穿甲试验,验证了该数值模拟方法的可靠性。通过改变弹丸侵彻钢筋混凝土靶时的着靶位置,加深了对钢筋在侵彻过程中作用的认识。所确定的数值模拟方法可进一步用于讨论钢筋尺寸、配筋率等参数对侵彻的影响。     

炸药切削过程中切削力的数值模拟方法研究

PBX炸药在武器中有广泛的应用，由于其钝感性，可以通过机械加工的手段将其加工成所需形状；但是，从保证炸药车削加工安全的角度出发，研究炸药切削加工过程中力的大小与分布十分重要，本文根据PBX炸药材料的力学性能实验和切削实验的结果，采用有限元显式侵彻算法，研究适合炸药材料特点的弹塑性本构关系和等效应力的失效准则，模拟炸药切削过程；利用干切实验的结果，对数值模拟模型进行了修正和完善，切削合力的计算曲线与实验结果比较接近，随不同切削参数的变化趋势与实验基本一致，从而证明了此模拟方法是可行的。     

卵形头部弹丸对混凝土靶板侵彻的二维数值模拟

采用新发展改进的HVP数值软件，并嵌入含损伤的混凝土本构模型和新的材料单元破坏准则，对卵形弹丸侵彻混凝土靶的过程进行了二维数值模拟，并讨论了有关的计算结果。计算结果和实验结果的良好符合表明，论文中的力学模型、计算方法和数值软件是成功的。     

超高分子量聚乙烯纤维层合板抗侵彻性能的一种数值分析方法

为了准确模拟和预测超高分子量聚乙烯纤维层合板(ultrahigh molecular weight polyethylene laminate,UHMWPEL)的抗侵彻性能,将UHMWPEL离散为若干正交各向异性的单层板及若干黏结界面层分别建模;继而基于ABAQUS/Explicit求解器进行用户动态材料子程序二次开发,单层板损伤起始准则采用应力耦合的3D Hashin准则,黏结层损伤起始准则采用拉剪耦合的二次应力准则,二者均采用双线性材料本构模型及基于等效应力和断裂韧性的损伤演化方法;发展了一种适用于三维复合材料层合板抗侵彻分析的有限元计算方法。基于该方法计算预测了典型的10 mm和20 mm厚UHMWPEL在楔形钢质破片模拟弹(FSP)在不同初始速度冲击侵彻作用下的损伤破坏状态和FSP残余速度。计算结果表明,与已有试验相比,10 mm和20 mm厚的UHMWPEL弹道极限速度(v50)预测误差分别为0.6%和11.3%,FSP各残余速度数值计算误差均小于14.2%;UHMWPEL的损伤破坏过程表现出先冲切破坏和局部鼓包,继而大范围鼓包、大面积分层以及纤维拉伸破坏的两阶段特性,与已有试验的观测现象相吻合,验证了本文计算模型和方法的可靠性。     

子弹侵彻猪下颌骨飞溅过程的数值模拟

为克服传统有限元法不能很好地模拟高速碰撞中材料的大变形和飞溅问题,针对子弹侵彻下颌骨过程,提出了一种碎骨飞溅的模拟方法,即节点分离-耦合法。以猪下颌骨为例,采用六面体网格建立子弹侵彻猪下颌骨有限元模型,采用节点分离-耦合法,通过定义材料失效应变值和节点失效约束来实现单元的失效和分离,对高速子弹侵彻猪下颌骨飞溅过程进行了数值模拟,分析猪下颌骨在侵彻过程中的飞溅形态、飞溅单元分布及速度等。结果表明,仿真结果与实验数据吻合良好,该方法能较好地模拟下颌骨的飞溅过程,为骨头子弹伤的生物力学特性和损伤机理研究提供了一种新的思路和方法。     

混凝土动态损伤与失效模型

在TCK模型的基础上开发了一个用于混凝土或钢筋混凝土碰撞或侵彻的损伤模型。模型分成两部分考虑：拉伸损伤用TCK模型描述,剪切部分则采用RHT模型。模型考虑了应变硬化、压力和J3相关的失效面、软化、拉伸损伤、压缩损伤和应变率效应。利用LS-DYNA程序的用户自定义材料模型开发并实现了模型算法,并用有关混凝土侵彻试验结果对模型参数进行了标定。计算结果表明,采用该模型可以较好地模拟混凝土或钢筋混凝土的碰撞或侵彻过程中开坑、穿孔和弹体穿孔后的孔壁剥离现象,对剩余速度的预测较为准确。     

HNi55-7-4-2合金高温本构模型构建及应用

HNi55-7-4-2合金是一种新型复杂耐磨黄铜合金,为建立该材料基于有限元FORGE平台的本构模型,用Gleeble-3500热模拟试验机对其在变形温度为600～800℃、应变速率为0.01～10 s^-1的范围内进行等温热压缩试验。基于Hansel-Spittel模型建立该合金的本构模型,引入统计学方法及数值模拟对模型精度量化评估。结果表明:所建立模型的平均相对误差绝对值和均方根误差分别为5.679 1%和2.645 6 MPa,相关系数为0.991 2,数值模拟得到的力-位移曲线与试验数据吻合,本构模型预测精度较高。将该模型应用于某齿环热精锻成形数值模拟,模拟结果与实际生产结果吻合。     

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。     

长杆弹侵彻过程中弹靶材料本构参数对侵彻计算的影响规律及其优化

利用材料动静态力学性能实验结果拟合出的Johnson-cook本构方程,在应用于侵彻问题研究时需要做进一步的校正和优化。基于现有侵彻实验结果和经验证较准确的材料本构方程,对弹靶材料均为4340钢时杆弹垂直侵彻半无限靶板进行系列数值仿真研究和初步的理论分析,得到各本构参数对侵彻计算结果特别是最大侵彻深度的影响规律。研究表明:除参数A外,其他4个参数与弹体的最大侵彻深度之间分别呈线性关系;材料的应变率硬化因子C、温度软化因子m和应变硬化指数n对弹体最大侵彻深度影响远小于参数A和B;相对于参数B与n,参数A的实验测量误差相对较小;在参数的校正和优化过程中,注意对参数A和B、n进行调节,特别是参数B的优化。给出各参数与弹体最大侵彻深度的内在联系表达式,并对实验中的4340钢进行校正和优化。计算表明,利用优化后的本构参数所得到的侵彻结果更加准确。     

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。     

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。     

混凝土介质三向应力空腔膨胀模型

在当前弹丸垂直侵彻混凝土介质的球型空腔膨胀模型的基础上,引入混凝土材料多轴本构关系与强度准则,用来描述混凝土材料弹性响应区及塑性屈服点的力学行为,建立了混凝土介质三向应力空腔膨胀模型,模型能够有效地反映侵彻过程中混凝土材料的力学现象,其预测侵彻深度结果与试验结果有较好的一致性,使得SCET在侵彻问题中的应用更为明确与简化.     

聚能射流对靶板侵彻的数值仿真

利用AUTODYN非线性动力学分析软件,采用Johnson Cook动态本构模型和多物质Euler算法,对某子母弹的子弹聚能射流形成、侵彻钢板过程进行了数值仿真,得到与试验结果相近的聚能射流形成和侵彻的物理现象和规律,验证了该模型和数值模拟的合理性,为该弹的测试和鉴定提供一些理论依据,对聚能破甲战斗部的工程设计具有重要的应用价值。     

国外陶瓷材料抗侵彻研究进展

分别从理论分析及抗侵彻模型、陶瓷高应力率本构关系、数值计算与数值模拟、陶瓷对侵彻弹丸的闭锁现象等方面给出国外陶瓷材料抗侵彻的研究进展。在理论分析模型中主要包括空穴膨胀理论、Tate方程的应用以及V50的计算;在本构方程研究中Johnson-Holmquist模型和Partom模型令人关注;在数值计算方面,主要介绍用已有程序对人们感兴趣的问题进行的研究。     

复合材料层合板抗弹性的工程分析模型

根据复合材料的本构关系和失效准则,利用动量和能量守恒原理建立了弹丸垂直侵彻有限厚复合材料层合板工程分析模型,给出了此类层合板弹道性能V50的预测公式,用该模型计算了正交玻璃纤维层合板的V50,并进行了试验验证,其结果一致性较好.