浅谈混凝土侵彻问题的研究现状

近年来,炮弹类的武器发展越来越快,破坏能力也越来越强,如何有效抵抗弹丸的攻击,已经成为结构防护工程领域中一个重要的课题。研究弹丸对混凝土的侵彻能力以及侵彻过程中混凝土的损伤机理,对于研究防护结构和材料以及对提高建筑物的防护能力都具有重大的意义。因此,本文对试验法、理论解析法以及数值模拟法三种研究混凝土侵彻问题的研究进展进行详细介绍。     

高强混凝土介质侵彻系数计算方法

侵彻深度是防护工程设计的重要参考指标,国内现行规范中仍然采用别列赞侵彻计算公式,而混凝土介质侵彻系数大多是通过弹体侵彻低强度混凝土靶体得到,无法准确预测弹体侵彻高强混凝土深度.采用数值模拟和试验数据分析相结合方法得到高强混凝土介质侵彻系数,并通过不同形状弹体进行验证.结果表明:计算结果与数值模拟计算结果整体吻合较好,给...     

细长弹体侵彻混凝土的机理研究

通过侵彻模型试验，得到细长弹体侵彻混凝土的机理。整个侵彻过程可分为漏斗状弹坑形成阶段和坑下侵彻阶段，给出细长弹体侵彻混凝土的预计计算方法并验证其可靠性。     

动能弹丸冲击侵彻混凝土靶数值模拟分析

应用显式动力有限元程序,对Φ37mm弹丸冲击侵彻普通混凝土及钢纤维混凝土问题进行了数值模拟分析。为了描述混凝土材料的非线性变形及断裂特性,计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型,侵彻深度计算结果与试验数据相吻合,并得到了侵彻过程中的主要物理图像和曲线。在此基础上分析研究了钢纤维混凝土与普通混凝土抗弹丸冲击侵彻性能的异同之处。     

动能弹侵彻作用下混凝土墙板性能分析

高动能侵彻带来的一系列的安全问题,随着经济文化政治以及军事等领域的发展,日益受到工程界,特别是土木工程师的重视.在弹丸的侵彻问题上,大量的研究已经初步明确了侵彻问题的影响因素,并且对土木工程做出了指导性的意见.但多数的研究倾向于高动能弹的侵彻深度,对于结构设计而言,尚不便指导实践工作.因此,对于结构工程师而言,有必要研究侵彻作用下混凝土墙板的响应,逐步将侵彻问题纳入结构设计的工况.为此,本文通过LS-DYNA显式有限元程序,对弹侵彻混凝土墙板进行有限元动力分析,进一步明确了侵彻问题的全过程中混凝土板的响应特征,以供工程实践参考.     

骨料混凝土抗侵彻性能的数值模拟

文中通过基于随机骨料模型的数值建模方法,研究了骨料体积掺量为0%～65%的混凝土靶的抗侵彻性能。通过与25mm直径子弹侵彻混凝土靶的试验结果进行对比,发现该方法可以较准确地模拟出骨料混凝土受弹体侵彻造成的侵彻深度。试验结果与数值模拟结果表明,骨料的加入可以有效地减小混凝土靶的侵彻深度,且减小的幅度近似与骨料的体积掺量呈线性关系。     

聚合物混凝土和聚合物钢纤维混凝土抗侵彻试验研究

聚合物混凝土强度、韧性、耐久性、工作性等与普通混凝土相比提高很多.本文介绍了聚合物混凝土和聚合物钢纤维混凝土靶板的冲击侵彻性能试验研究,对比分析了聚合物混凝土力学性能和试验结果,表明聚合物混凝土抗冲击侵彻能力得到较大提高,但不同种类聚合物混凝土有所不同,聚合物和钢纤维的联合作用对混凝土抗冲击侵彻能力有更大的提高作用.     

弹体侵彻混凝土靶三维细观数值模拟

分析模拟混凝土细观结构对侵彻破坏影响,采用随机骨料模型,在前人研究的基础上,提出了一种新的混凝土三维凸型骨料的投放与生成方法—分区投放与射线延拓法,减小了骨料投放与生成所需的判别区域,改善了骨料随机投放过程中的效率问题。采用背景网格划分法,使得三维数值建模与计算效率更高。在此基础上采用动力有限元程序开展了弹体侵彻混凝土细观数值模拟,相对于均质材料,由于骨料的存在引起的混凝土材料性能的不均匀性,从而对弹体侵彻性能影响的初步认识,研究结果为混凝土细观数值建模与弹体设计评估提供参考。     

高速弹丸侵彻混凝土靶板数值模拟研究

采用数值模拟的方法,利用LS-DYNA建立动力学模型,分析了弹丸侵彻混凝土的过程中应力及变形的变化,通过计算可以实现弹丸从接触到贯穿混凝土的整个过程中弹丸应力云图的变化,以及混凝土开坑的整个过程,结果可以为实际工程中混凝土结构抗侵彻设计提供指导依据。     

冲击爆炸荷载作用下混凝土材料两类弹塑性损伤本构模型的对比分析

冲击爆炸荷载作用下,混凝土弹塑性损伤本构模型包含流体弹塑性模型和帽盖弹塑性模型。就本构理论而言,这两类模型在偏应力模型、压力-体应变关系和损伤模型三个方面存在本质的区别。模拟混凝土结构在不同荷载作用下的动力响应时,了解不同本构模型的特点并选择合适的模型进行数值模拟是获得合理预测结果的先决条件。文章探讨了这两类弹塑性模型的本构理论区别并给出两类模型的适用条件。选取弹体低速侵彻混凝土薄板和弹体高速侵彻混凝土厚板两个算例对两类弹塑性模型进行比较,结果表明,弹体低速侵彻下,两类模型预测结果接近并且均与试验结果吻合;弹体高速侵彻下,流体弹塑性模型预测结果与试验结果吻合,而帽盖弹塑性模型预测结果与试验结果差别很大。这一结果表明,在冲击荷载作用下,流体弹塑性模型可适用于低压力到高压力的不同情况,而帽盖弹塑性模型只适用于较低压力(约1GPa),不适用于高压力如弹体高速侵彻的情况。     

拱形结构在射弹侵彻作用下的动力响应分析

为了研究钢纤维混凝土拱形结构和花岗岩拱形结构在射弹侵彻作用下不同的动力响应情况,利用非线性动力有限元分析软件,模拟了长杆射弹对这两种拱形结构正侵彻作用的详细过程,分析了射弹在侵彻过程中的加速度变化以及拱形结构的应力变化情况。分析的结果表明,射弹在相同的速度下侵彻这两种拱形结构时,钢纤维混凝土拱形结构比花岗岩拱形结构有更好的抗侵彻性能。     

高超声速钻地炸弹侵彻深度计算方法

高超声速钻地炸弹的巡航速度大于5 Ma,为保证着靶侵彻过程弹体结构完整,其着靶速度通常小于5 Ma。对于在3～5 Ma范围内的钻地炸弹打击,既有混凝土结构防护侵彻深度设计方法不能涵盖上述速度范围的计算问题。依据已有研究基础,阐明了该速度范围钻地弹侵彻介质的拟流体特性,提出了高超声速刚性钻地炸弹侵彻介质拟流体模型,明确了弹靶作用阻抗函数与拟流体内摩擦性状的关联,据此建立了高超声速炸弹侵彻深度计算方法。通过与已有实验结果对比分析,表明该方法具有可信性。     

一个新的通用型侵彻深度计算公式

文章在Teland等人的混凝土侵彻量纲分析基础上,采用无量纲冲击指数,依据99组混凝土大比例正侵彻试验数据,拟合出无量纲侵彻深度与冲击指数关系的本征函数,根据原型试验拟合出射弹质量修正系数,引入防护结构可靠性设计要求的调整系数,提出一个新的通用型侵彻计算公式。另选62组混凝土、50组钢筋混凝土、20组纤维混凝土、18组岩石和63组土壤原型或大比例模型侵彻试验数据,对文章公式进行合理性检验和分析,结果表明：文章公式计算结果与试验值相符较好,总体水准、可靠率和合理率优于Young公式等经验公式,满足防护结构设计计算要求,提出下一步需要研究的内容。     

弹体侵彻混凝土靶的数值模拟

利用AUTODYN-3D有限元计算软件对钢纤维混凝土靶板以及新型抗侵彻组合层的侵彻过程进行了数值模拟,得到了靶板破坏形态、弹体侵彻过程的速度变化等重要的侵彻参数和规律。     

配筋超高强混凝土抗侵彻性能对比试验研究

寻找合适的结构材料来抵御深钻地武器打击是当前工程防护研究中的难题。采用C40钢筋混凝土、高强花岗岩和配筋超高强混凝土三种材料,进行在相同打击条件的对比试验。试验结果表明,配筋超高强混凝土具有非常优良的抗侵彻性能,其侵彻深度仅是C40钢筋混凝土的22%、高强花岗岩的41%。根据试验结果,计算出上述三种靶体别列赞侵彻公式的材料系数、快速侵彻仿真响应函数的材料参数,进而拓展至BLU-113等典钻地战斗部,获得侵彻深度等关键数据。研究成果可为配筋超高强混凝土的材料选型、抗侵彻设计提供参考依据。     

高速弹体侵彻覆土层混凝土介质的弹道稳定性仿真研究

基于ANSYS／LS—DYNA对高速弹体侵彻覆土层混凝土介质的弹道稳定性进行了仿真研究。模拟不同入射条件下高速弹体对覆土层混凝土介质的侵彻过程;根据不同的初速、入射角、攻角以及不同质心位置的高速弹体侵彻现象进行分析,得出各种因素对侵彻过程中弹体运动稳定性的影响规律;分析了界面效应对侵彻过程的作用效果。     

素混凝土与钢筋混凝土的抗侵彻行为及等效关系

采用25mm滑膛炮对2种靶体介质进行正侵彻试验,获得了着靶速度、侵彻深度、开坑直径以及开坑深度等参数.结果表明:侵彻深度随着钢筋混凝土配筋率的提高而略有降低,钢筋的掺加有利于提高靶体的抗侵彻能力;钢筋混凝土比素混凝土抗侵彻能力强,有较强抗2次打击的能力.利用DYNA软件模拟了当弹体以相同的着靶速度贯穿素混凝土靶和钢筋混凝土靶的过程,得到2种靶体抗侵彻能力的等效关系.     

超高速长杆弹对岩石侵彻、地冲击效应理论与实验研究

针对超高速动能弹侵彻、地冲击效应研究现状,指出超高速对地打击效应研究中存在的问题。利用流体弹塑性内摩擦侵彻理论对流体动力模型进行研究,阐明超高速动能弹与常规钻地弹侵彻的本质联系与区别,界定超高速侵彻速度内涵范围。研究表明:随弹体侵彻速度增加,靶体介质发生了从弹塑性状态–内摩擦拟流体–流体动力状态的转换,从而呈现出弹体质量磨蚀作用所致的侵彻深度逆转、弹体侵蚀作用所致侵彻深度趋向极限等超高速侵彻特征力学现象。此外,还给出岩石中超高速侵彻深度、成坑范围计算方法和公式。     

动能弹垂直侵彻混凝土的实验研究及其数值模拟

选用H—J—C模型和Johnson—Cook模型分别作为混凝土材料和弹丸的本构模型．以直径为30mm卵形弹丸冲击侵彻混凝土的过程为研究对象,利用有限元分析软件LS—DYNA进行动能弹侵彻半无限厚混凝土靶的数值模拟。通过与实验结果的对比分析证明,文章选用和建立的本构模型、计算模型及其参数可对动能弹侵彻混凝土介质的破坏效应进行较为准确的模拟,其计算误差不超过5％。     

UHPC防护工程材料研究进展

现代战争对防护工程材料性能提出了更高要求。超高性能混凝土(UHPC)作为一种高强度的建筑材料,其抗压强度大于150 MPa,抗折强度大于30 MPa,同时具备抗多次打击能力,相较于普通混凝土其防护性能提升巨大。介绍了UHPC材料在对抗多次冲击、侵彻、爆炸和侵爆耦合条件下的防护性能及UHPC材料的防护机理。为进一步提高UHPC材料的抗侵彻性能,提出功能梯度设计方法,使用高强骨料和纤维对UHPC材料进行梯度强化,并从实验方法、数值仿真、理论研究等3个方面概述功能梯度UHPC的设计理念和研究进展。