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。     

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。     

弹体侵彻混凝土靶板的数值模型

基于细观力学原理,采用离散元软件PFC3D对Hanchak侵彻的部分试验进行了数值建模,使用平行粘结模型来模拟混凝土颗粒之间的接触力和力矩,并通过模拟弹体以不同速度侵彻混凝土靶板,将弹体在不同速度下剩余速度与试验值进行对比分析,数值模拟得到的结果相对于试验值的偏差都在允许范围内,验证了离散元侵彻模型和程序编写及算法的有效性。     

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。     

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。     

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。     

弹体攻角侵彻混凝土靶的工程计算模型

为了研究倾角、攻角等参数的变化对侵彻过程的影响,基于表面层裂机理和刚体运动学方程,建立了用于分析弹体斜侵彻混凝土靶的工程计算模型。利用该计算模型得到弹体侵彻过程中的受力和过载的变化情况,获得侵彻弹道随倾角、攻角等参数变化的规律:负攻角对斜侵彻的弹道偏转具有一定的抑制作用,正攻角对斜侵彻的弹道偏转具有放大作用。计算结果与试验数据吻合较好,表明该计算模型能准确地预估弹体斜侵彻混凝土的动力学过程。该方法可以为弹体对混凝土靶的斜侵彻弹道分析,尤其开坑、初始偏转预估提供一种实用手段。     

正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻机理的数值模拟

钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能优于无约束混凝土靶。为了揭示钢管形状对抗侵彻机理的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,采用有限元-光滑粒子法,对比分析了正六边形和圆形钢管约束混凝土靶的侵彻过程和约束机理。结果表明:钢管对混凝土的约束效应可以分为应力波效应和弹丸扩孔阶段限制混凝土径向位移效应,且以后者为主;钢管形状对靶中应力和钢管变形均有影响。弹丸中心入射时,圆形钢管受径向均匀压力作用,应力沿圆周近似均匀分布,钢管壁处于简单面内拉伸状态;六边形钢管壁受不均匀内压作用,钢管壁产生面内拉伸变形和面外弯曲变形,角部向内弯曲变形增加了对混凝土的约束作用,并在对角线附近形成了高压力区,从而增大了侵彻阻力,提高了抗侵彻性能。     

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。     

弹体冲击混凝土半无限靶的侵彻阻力与深度计算

假设弹体是刚性的,将弹体侵彻冲击作用下的混凝土靶体划分为粉碎区、径向裂缝弹性区与原始弹性区,并认为侵彻粉碎区域内的混凝土材料处于类似于流体动力学状态,可采用水动力模型.根据伯努利方程推得了细长杆弹侵彻阻抗力的公式,进而求出锥形弹头侵彻阻抗力的等效平面解,得到了弹体的侵彻深度.利用实弹进行了以不同速度侵彻不同强度的混凝土靶体的验证计算,并与多个经验公式做了对比.结果表明,该模型是合理的,与经验公式相比计算结果趋于保守.     

间隔介质对射流侵彻间隔靶影响的数值模拟

为了研究间隔介质对聚能射流侵彻间隔靶能力的影响,运用AUTODYN软件分别对射流侵彻水和空气介质间隔靶过程进行数值模拟。主要从侵彻过程中射流形态、间隔介质形态、射流头部速度三个方面出发,对模拟结果进行分析。首先与试验结果进行对比,验证了数值模拟分析的合理性和可靠性。然后通过分析数值模拟结果,得到射流头部速度随侵彻介质距离变化的拟合公式,并得出:射流头部速度在间隔靶水介质中衰减比空气介质中高17.6%,且金属射流速度愈低,相同距离水间隔介质对射流侵彻能力的衰减效果愈明显。     

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。     

间隔介质对射流侵彻间隔靶影响的数值模拟

为了研究间隔介质对聚能射流侵彻间隔靶能力的影响,运用AUTODYN软件分别对射流侵彻水和空气介质间隔靶过程进行数值模拟。主要从侵彻过程中射流形态、间隔介质形态、射流头部速度三个方面出发,对模拟结果进行分析。首先与试验结果进行对比,验证了数值模拟分析的合理性和可靠性。然后通过分析数值模拟结果,得到射流头部速度随侵彻介质距离变化的拟合公式,并得出:射流头部速度在间隔靶水介质中衰减比空气介质中高17.6%,且金属射流速度愈低,相同距离水间隔介质对射流侵彻能力的衰减效果愈明显。     

钨合金破片侵彻2024铝靶的数值模拟研究

研究93W钨合金破片对铝合金靶板的弹道极限(V₅₀)影响规律,对战斗部毁伤元威力设计具有重要意义。通过弹道冲击试验获取了钨合金立方体破片、球形破片在90°着角的情况下,对4 mm 2024铝靶的侵彻弹道极限(V₅₀)。基于数值模拟与试验结果的一致性,分析了钨合金破片形状、质量对V₅₀的影响规律。结果表明：两种形状破片的侵彻V₅₀均随着破片质量的增加而减小;在90°着角时,立方体破片的侵彻V₅₀较低于球形破片,且两者V₅₀差值随着破片质量的增大而增大。其中,立方体破片由于着靶姿态的变化导致V₅₀存在着波动区间,随着破片质量增加,V₅₀的波动区间相对增加,且立方体破片侵彻V₅₀小于球形破片V₅₀的概率也随之增加。     

数值模拟金属靶抗侵彻中的网格密度影响研究

在数值模拟中,有限元网格的数量对计算结果和计算成本都有较大的影响。采用MSC.Patran建立了弹体侵彻金属靶板的计算模型,并利用MSC.Dytran对所建模型进行了计算;结合相关的理论,对不同网格密度划分的有限元模型的计算结果进行了分析,并和实验进行了对比,得到了数值模拟弹体侵彻金属装甲中靶板的最佳网格数量。当网格无因次量μ=0.10时,所得到的数值模拟结果与实际吻合得较好：当厚度方向的网格数取为12个时,文中所采用的模型能较好地模拟弹体对靶板的侵彻效果。     

侵彻过程中弹体内缓冲材料缓冲特性的数值模拟

为了研究战斗部侵彻过程中弹体内缓冲层对冲击应力的缓冲性能,采用动力学计算软件AUTODYN程序对不同材料的缓冲特性进行了数值模拟。结果表明:缓冲层的厚度影响其缓冲效果。厚度为1cm时,缓冲材料的缓冲能力顺序为:尼龙聚四氟乙烯铝合金1100纯铝有机玻璃聚氨酯。厚度为3cm时,缓冲能力顺序为:铝合金1100聚四氟乙烯尼龙纯铝聚氨酯有机玻璃;缓冲层的缓冲作用主要用于对应力波峰值压力的削弱,最为理想的缓冲材料应对应力波的弥散效应显著。     

动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律.模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致.对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致.随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小.比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显.     

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.     

钢管约束混凝土抗侵彻机理的数值模拟

基于侵彻试验,运用LY-DYNA软件,有限元法和光滑粒子法相结合,采用混凝土连续帽盖模型,对12.7 mm穿甲弹侵彻小直径钢管约束混凝土厚靶机理进行了数值模拟研究。研究表明:数值模拟结果与侵彻试验吻合较好,可较好地反映钢管约束混凝土靶核心混凝土侧面环向裂纹;钢管对核心混凝土的约束作用主要发生在弹丸扩孔过程;核心混凝土侧面环向裂纹的形成是入射压缩波与靶体背面反射拉伸波及钢管约束效应共同作用的结果;钢管约束混凝土靶的抗侵彻能力优于无钢管约束混凝土靶。