含钢丝网遮弹层的结构靶的力学性能与枪弹射击试验研究

综述了国内外抗侵彻材料的研究现状,并借鉴前人研究复合遮弹层的技术和经验,提出了一种新型材料——钢丝网遮弹层,并以不同的基体材料和不同的钢丝网含量制作多种结构的试件,对它们进行了步枪弹射击试验和抗弯、抗压、抗冲击等静动态试验研究,并与钢纤维水泥砂浆做性能对比。试验表明,钢丝网的使用能显著改善基体材料的抗侵彻性能和静动态力学性能;钢丝网水泥细砂浆可作为遮弹层的优选材料且在工艺允许的范围内,随钢丝网的层数增加,其静动态力学性能随之提高。     

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%.     

带防弹钢板的钢纤维混凝土靶抗侵爆性能分析

为使防护工程具有更好的抗侵彻抗爆性能,对不同钢纤维混凝土靶板的抗侵彻抗爆性能进行研究.分别对侵彻后的靶板和带有普通钢板的钢纤维混凝土靶板进行静爆试验,根据靶板破坏情况、侵彻深度和防弹钢板的裂纹长度,结合应变测量,分析爆炸后靶板钢筋上的应变数据,得出最优的防护靶板参数.试验结果表明:15 mm厚的防弹钢板可提高钢纤维混凝土靶板的抗侵彻性能,450 mm厚的钢纤维混凝土靶板拥有最优的抗侵彻抗爆性能.     

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.     

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。     

HSFRC靶体的弹体侵彻试验与理论分析

为了研究高强纤维增强混凝土(HSFRC)材料的抗侵彻性能,采用2种不同弹头形状的刚性动能侵彻弹,对高强钢纤维增强混凝土和高强聚丙烯纤维增强混凝土靶体进行了侵彻试验和理论分析.给出了考虑弹靶摩擦阻力和弹头形状变化的混凝土靶体侵彻深度计算公式和侵彻试验数据,基于此,拟合得到了高强混凝土靶体经验强度参数的计算表达式并进行了试验验证,弥补了经典FORRESTAL公式中强度参数适用范围低于100MPa的不足.通过对比公式计算结果和试验数据,验证了文中提出的公式和分析方法对于弹体侵彻高强纤维增强混凝土靶体深度的计算较FORRESTAL公式有更广的应用范围和更高的预测精度.     

弹丸对钢筋混凝土及SFRC靶侵彻特性研究

利用弹道靶系统,对钢筋混凝土与钢纤维混凝土（2％钢纤维含量）进行了垂直侵彻模型试验研究,得到了弹丸初速、弹坑直径、最大侵彻深度等试验参数。结合试验数据．分析了不同弹丸速度下两种靶体的开坑特性。引入了钢纤维混凝土材料韧度R,利用能反映材料韧度作用的修正ACE公式对侵彻深度进行了计算,计算结果与试验数据相吻合。并通过数值计算方法对侵彻过程中弹丸减速度时程曲线进行了分析。研究表明,钢纤维混凝土与相同基体钢筋混凝土相比具有良好的抗侵彻性能,且随弹丸速度提高作用愈显著。     

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。     

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。     

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。     

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．     

弹丸对混凝土中钢筋结构侵彻效应研究

根据弹丸与钢筋直接发生作用的情况,提出弹丸侵彻钢筋混凝土的近似模型。利用该模型得到弹丸侵彻钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时间历程。计算结果与实验结果符合较好。用该模型分析不同配筋结构、配筋尺寸、网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响。结果表明,网眼间距和钢筋直径对侵彻深度影响较大,钢筋混凝土在钢筋层较集中的一侧抗侵彻能力较强。     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

POZD涂层钢筋混凝土板抗震塌性能

为研究POZD涂层钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的抗震塌性能,对3种试验模型开展不同梯恩梯（TNT）当量的接触爆炸试验。通过对试验模型的毁伤状态观察及数据统计,研究分析了POZD涂层的破坏模式和抗震塌机理。结果表明：POZD涂层钢筋混凝土板具备较为优越的抗震塌性能,随着涂层厚度的增加,抗震塌能力逐渐增强,且震塌系数呈线性减小趋势;钢筋混凝土板喷涂8 mm厚POZD涂层后,抗震塌能力远优于内衬3 mm厚Q235b钢板;在集团装药接触爆炸（球面波）作用下,POZD涂层的毁伤模式为圆锥状鼓起,该鼓起为混凝土碎块和冲击波的复合冲击作用下出现较大塑性变形所致;当冲击荷载超过POZD材料的极限抗拉强度时,除在锥尖处出现较小的圆孔状剪切破坏外,涂层仍能保持整体完好并持续有效约束混凝土碎片,不致产生大面积震塌破坏;在高应变率、强动载作用下,POZD涂层仍然能够保持大变形、高塑性特性,通过自身大变形吸收冲击波能量,约束混凝土碎片,起到较好的抗震塌效果。