高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究

为研究不同强度等级的高与超高性能钢纤维混凝土材料的抗侵彻性能,采用25 mm口径弹道炮开展了初速度500～850 m/s的正侵彻实验,利用高速摄影系统记录了弹体的着靶姿态及靶体的动态破坏过程,采用非线性有限元方法对侵彻全过程进行了数值模拟.实验结果表明,随着混凝土强度等级的提高及钢纤维掺量的增加,侵彻深度略有减小,但这种差距随着强度等级的提高越来越小;随着纤维掺量的提高及侵彻速度的降低,材料破坏程度明显减弱.     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

一种装甲用防弹钢板的研究与应用

设计并制造一种厚度为5~16 mm、布氏硬度值为(480~530)HBW的高强度防弹钢板,设计其化学成分、工艺流程、热处理工艺参数,同时充分考虑冲击韧性对钢板抗侵彻能力的影响。结果表明,钢板具有硬度高、抗子弹侵彻能力强、性能均匀等优点,具备优异的防弹功能。     

杆弹侵彻钢纤维混凝土靶板的工程近似分析

在土盘模型的基础上,把杆弹正侵彻靶板的二维轴对称问题,简化为弹丸的轴向侵彻运动和靶板"土盘"的径向运动两个准一维运动,并对杆弹侵彻钢纤维混凝土靶进行工程近似计算,其中钢纤维混凝土的锁应变本构模型考虑钢纤维含量、压力相关性、应变率效应的影响。计算的结果与实验结果相近,符合弹丸侵彻混凝土类材料靶板的规律。     

弹体对钢纤维混凝土侵彻深度的计算研究

对钢纤维混凝土抗侵彻性能进行了研究，将钢纤维含量特征参数和钢纤维混凝土韧度的概念引入到侵彻深度计算公式中，在试验的基础上给出了弹体对钢纤维混凝土侵彻深度的别列赞修正计算式。该公式的各项参数均具有明确的含义。最后，运用侵彻深度公式对钢纤维含量高达6％时的情况下，弹体对钢纤维混凝土的侵彻深度进行了验算，计算结果证明了该公式的有效性、合理性和适用性。     

超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究

开展了半球头杆弹侵彻纤维体积含量分别为0、3%和6%的钢纤维增强混凝土靶板的实验研究,测得了侵彻弹的初始速度和剩余速度,观测和分析了靶板的破坏形态.实验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,杆弹的速度消耗加大,靶板的吸能增加,靶板的破坏程度减弱;超短铜纤维能明显增强混凝土材料的抗侵彻性能,随纤维含量的提高增强效果更佳.     

两种混凝土抗常规弹丸侵彻特性分析

为研究钢纤维混凝土与普通混凝土抗弹丸侵彻性能的异同之处,利用别列赞公式对Φ37mm弹丸侵彻两种混凝土靶弹道试验数据进行了拟合、分析。并基于LS-DYNA3D有限元程序,引人Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述混凝土材料的非线性变形及断裂特性,对弹丸侵彻两种混凝土靶进行了三维数值模拟计算,得到了侵彻过程中的主要物理图像和数据,进而对计算结果进行了分析讨论。研究表明,与混凝土相比,钢纤维混凝土抗侵彻能力的提高是由材料抗压强度及抗冲击韧性提高共同作用的结果。     

不同材料混凝土抗弹丸侵彻性能对比研究

进行了Ф37弹着靶速度为510m／s时对普通混凝土、钢纤维混凝土和刚玉块石混凝土三种靶体的侵彻试验,分析了弹丸和三种混凝土靶体的破坏特征,得到了弹坑直径和侵彻深度等参数。结合试验数据计算了不同材料混凝土的抗侵彻系数,并对三种材料混凝土的抗侵彻机理和性能进行了对比分析。研究表明,刚玉块石混凝土的抗侵彻性能最优,弹丸平均侵彻深度比普通混凝土减小46．9％,钢纤维混凝土的抗侵彻性能介于上述两者之间。     

钻地弹对钢纤维混凝土介质的侵彻与贯穿问题

为更深入研究钻地弹对钢纤维混凝土介质的侵彻与贯穿问题,根据钢纤维混凝土在弹体侵彻过程中的介质状态及能量的分配关系,提出了介质抗侵彻的变形和破坏模型;通过表征破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,分析得出弹体直径与强度特征参数的比例关系是揭示侵彻与贯穿问题的重要特征量,推导了具有宽广比例尺度关系的锥形弹体侵彻公式,并应用于钢纤维混凝土介质.通过试验数据验证了公式的可靠性.     

SFRC及混凝土遮弹板抗接触爆炸性能的数值分析

为了对混凝土及钢纤维混凝土材料的抗爆炸性能进行对比研究,利用LS-DYNA3D动力有限元程序采用Lagrangian-Eulerian耦合方法,对接触爆炸作用下混凝土及钢纤维混凝土遮弹板的迎爆坑形成过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好．确定了2种材料爆炸压缩破坏系数Ka值,并给出了遮弹板底部砂土介质中压力的分布情况．研究表明。混凝土中加入钢纤维提高了材料的抗压强度及断裂韧度,使钢纤维混凝土抗爆能力优于基体标号相同的普通混凝土．     

钢纤维混凝土动态劈裂实验研究

采用分离式霍普金森压杆对钢纤维混凝土(SFRC)进行了动态劈裂实验,测试出其动态劈裂破坏最低强度。SFRC动态劈裂应力时程曲线基本上呈双峰型,随着纤维体积率的增加,SFRC耗能能力相应增大,应力波在SFRC中的衰减程度越大。钢纤维对SFRC的增强和增韧性能良好,在冲击劈裂荷载下,决定试件破坏的主要因素是胶凝体与钢纤维之间的粘结强度,而不是钢纤维本身抗拉强度。     

卵形弹丸垂直侵彻钢筋混凝土靶的工程解析模型

为了研究钢筋混凝土中钢筋对侵彻弹丸的阻力作用,通过对试验取出的钢筋混凝土试块的宏观和微观分析,在球形空腔膨胀模型的基础上,考虑弹丸直接与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的阻力,建立了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。分析弹丸在钢筋交汇节点、钢筋网格中心点、单根钢筋的中点以及其他任意位置点与钢筋接触情况下钢筋对侵彻的影响。研究表明,钢筋混凝土中的钢筋不仅对混凝土的强度有影响,在弹丸撞击到钢筋时还对弹丸的侵彻能力有减小的作用。在网眼尺寸一定的条件下,随着体积配筋率的增大,钢筋对弹丸的阻力作用越明显,但在相同体积配筋率下,钢筋直径的影响小于钢筋网层间距的影响。     

钢丝网高强混凝土抗爆性能试验研究

在同等条件下,用0.6 kg和1.8 kg的TNT药块对体积含量2.15%的钢丝网增强高强混凝土（HSC）试件和体积含量3%和5%的钢纤维增强HSC试件进行接触爆炸试验,并将试验结果进行比较。结果表明,体积含量2.15%的钢丝网增强HSC试件抗爆性能介于体积含量3%、5%的钢纤维增强HSC试件之间,抗爆性能具有优势,但优势略逊于抗侵彻性能。基于试验结果的综合分析,利用钢丝网HSC进行防护工程的抗爆结构设计时,其k_a值可取为0.054.在同等条件下,用0.6 kg和1.8 kg的TNT药块对体积含量2.15%的钢丝网增强高强混凝土（HSC）试件和体积含量3%和5%的钢纤维增强HSC试件进行接触爆炸试验,并将试验结果进行比较。结果表明,体积含量2.15%的钢丝网增强HSC试件抗爆性能介于体积含量3%、5%的钢纤维增强HSC试件之间,抗爆性能具有优势,但优势略逊于抗侵彻性能。基于试验结果的综合分析,利用钢丝网HSC进行防护工程的抗爆结构设计时,其k_a值可取为0.054.     

基于LS—DYNA的玻璃钢复合板抗侵彻能力分析

玻璃钢复合板作为某便携式野战库房的主体材料,其抗侵彻能力始终是库房设计研制过程中需要重点关注的问题;利用破片侵彻相关理论,建立玻璃钢复合板、子弹和手榴弹弹片的仿真模型,通过LS—DYNA进行模型网格划分、施加载荷和边界条件,对玻璃钢复合板抗侵彻能力进行有限元分析;结果表明：材料强度能够满足库房的相关战技术指标要求。     

湿饱和混凝土抗侵彻性能分析

混凝土侵彻弹靶相互作用是一种剧烈的动力学过程,但现有空腔膨胀模型用于混凝土侵彻工程计算时,引用的靶材料参数全为混凝土的静态力学特性参数,这必然会导致理论计算结果与工程实际的偏离.为提高混凝土侵彻工程计算预估精度,依据湿饱和混凝土的SHPB试验结果,在柱形空腔膨胀模型的基础上,考虑混凝土的动态响应特性,进行湿饱和混凝土侵彻深度工程计算,结果表明,其抗侵彻性能略优于正常状态.     

钢丝网-钢纤维增强活性粉末混凝土力学性能试验研究

研究钢丝网、钢纤维对活性粉末混凝土( RPC)的增强作用。对所设计的不同钢纤维掺量的钢丝网一钢纤维增强RPC试件,测试分析其抗弯、抗压、劈裂抗拉和抗冲击强度。试验结果表明：在钢丝网中加入钢纤维可以有效的提高钢丝网RPC的各项力学性能指标;钢丝网一钢纤维增强RPC中钢纤维的最佳掺量体积比例为2%.     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。