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。     

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。     

多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻试验及数值模拟

为研究结构形式及泡沫铝夹芯对多层异质陶瓷复合靶板抗侵彻性能的影响,根据DOP试验方法,利用14. 5 mm穿甲弹对4种不同结构多层异质陶瓷复合靶板进行侵彻试验研究,通过数值仿真对4种结构靶板抗侵彻性能进行模拟,验证模型的正确性,并分析泡沫铝厚度对复合装甲结构抗侵彻性能的影响。结果表明:10 mm陶瓷+10 mm芳纶+6 mm 616装甲钢的防护性能最优,泡沫铝夹芯结构有助于减小陶瓷板损伤面积,提升抗多次打击能力;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;泡沫铝厚度对靶板防护性能影响显著。     

超高强活性粉末混凝土的抗侵彻特性数值仿真研究

为了对比研究活性粉末混凝土与普通钢纤维混凝土的抗侵彻能力,结合试验,采用流固耦合法(ALE)对57 mm半穿甲弹侵彻混凝土靶板进行了数值模拟,数值模拟了混凝土在侵彻作用下的变形及断裂特性.计算结果与实验结果对比表明:钢纤维能有效地增加混凝土的韧性和变形能力,增大混凝土对侵彻弹丸能量的消耗,降低弹丸的剩余速度;活性粉末混凝土较普通钢纤维混凝土具有更高的抗侵彻能力,能更好的抑制裂缝发展.     

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.     

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。     

陶瓷复合靶板抗侵彻性能试验及数值研究

为研究叠层复合靶板结构对防护性能的影响机理,对两种不同排布结构的靶板进行侵彻试验及数值模拟研究。根据DOP(depth-of-penetration)实验方法,进行14.5 mm穿甲弹对10 mm厚氧化铝陶瓷+10 mm芳纶板+6 mm 616装甲钢以及10 mm厚氧化铝陶瓷+6 mm 616装甲钢+10 mm芳纶板两种结构靶板的侵彻试验研究,通过数值模拟进一步分析弹丸侵彻不同排布结构的靶板变形破坏过程。结果表明:两种靶板结构中前者防护性能优于后者,其防护系数分别为3.41和3.30;装甲钢作为芳纶支撑板,有助于增加弹丸侵彻阻力;芳纶位于陶瓷板及装甲钢之间,有助于缓解二次冲击对陶瓷板的损伤。     

骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究

为考察骨料粒径对混凝土材料抗高速破片侵彻的影响,利用轻气炮加速装置和激光测试系统进行素混凝土(PC)和钢纤维增强混凝土(SFPC)侵彻实验研究,通过高速摄像机记录弹体着靶姿态和靶体动态损伤过程。实验中混凝土靶选用5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm 3种不同级别骨料粒径,通过对侵彻深度、成坑体积以及靶体碎片剥落过程的比较发现：针对素混凝土靶体,3种级别粒径范围内,级别最大的骨料粒径靶体其抗侵彻能力达到最强;而对于钢纤维含量为1%的钢纤维增强混凝土,粒径级别为10～15 mm的靶体抗侵彻能力最佳,结合骨料粒径对混凝土断裂能的双重作用,表明钢纤维的含量与骨料粒径之间存在一个优化值,在这个优化值配比下,钢纤维增强混凝土抗高速破片的侵彻能力能够达到比较理想的效果。实验结果的讨论分析对混凝土防护工程的设计具有借鉴作用。     

卵形头部弹侵彻单多层混凝土靶板有限元仿真

单多层混凝土靶板已被广泛用于军用防护领域,为研究其抗侵彻性能,利用有限元程序LS-DYNA,对卵形弹以360～1 058 m/s的速度侵彻单多层混凝土靶板进行了数值计算,比较计算与试验下的弹丸剩余速度,讨论混凝土靶板的破坏现象,分析弹丸对单多层混凝土靶板的侵彻规律及靶板厚度对弹丸过载特性的影响.计算结果与试验结果相吻合,表明所建立的弹丸侵彻混凝土模型是有效的.     

正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻性能的数值模拟

<正>六边形钢管约束混凝土靶具有优良的抗侵彻性能。基于12.7 mm穿甲弹侵彻试验,运用ANASYS/LS-DYNA软件,分析了正六边形钢管约束混凝土靶的钢管壁厚和边长对抗侵彻性能的影响;考虑效费比,分析了钢管约束混凝土靶的经济性能。结果表明:适当增加钢管壁厚和减小边长可提高正六边形钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能;优化钢管壁厚和边长的匹配可以得到较好的抗侵彻能力和经济性,对于该文所用弹丸,较优匹配为边长37.5 mm、壁厚3.5 mm。研究结果可为钢管约束混凝土遮弹结构设计提供参考。     

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.     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

NFB700高强钢板抗震塌性能

为研究有较高屈服强度、良好韧性的NFB700高强钢板的抗震塌性能,对不同厚度的4种靶标开展了现场爆炸试验.通过对试验模型的毁伤状态观察及数据分析,研究高强钢板对靶标抗震塌能力的影响,并对混凝土-钢板双层结构的极限抗震塌性能进行数值仿真分析.研究结果表明:靶标的微应变大都随混凝土板厚度的增大而减小,而随距爆心远近而变化的...     

刚玉石混凝土抗弹丸侵彻性能对比研究

进行了Φ37mm弹对混凝土靶体和刚玉微粉混凝土靶体、刚玉碎石混凝土靶体、刚玉块石混凝土靶体的侵彻试验,得到了不同的侵彻破坏效果,结合试验数据利用计算公式得到不同刚玉石混凝土的抗侵彻系数。结果表明刚玉块石混凝土靶体抗侵彻性能最优越,刚玉碎石混凝土抗侵彻性能次之,刚玉微粉混凝土靶体比混凝土靶体抗侵彻性能提高不明显。     

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。     

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。