钢管约束混凝土抗侵彻性能与机理研究

发布时间：2019-10-14 19:27

【摘要】：混凝土在遮弹层和防护墙等防护结构中得到广泛应用。约束混凝土在抗弹方面比普通混凝土具有明显优势。本文针对现有约束混凝土抗侵彻研究的严重不足,开展钢管约束混凝土抗侵彻性能和机理研究,包括侵彻试验、数值模拟和理论分析。本文的研究为遮弹层和防护墙等防护结构的设计和应用提供了参考,具有重要的学术价值和军事意义。本文主要工作如下:1、进行了12.7mm硬芯枪弹打击钢管约束混凝土靶的侵彻试验,研究了弹着点偏心、撞击速度、钢管直径和壁厚对靶体抗侵彻性能的影响以及钢管约束混凝土靶的抗多发打击性能。结果表明:弹丸侵彻下靶体迎弹面混凝土表现出裂纹-粉碎响应模式;弹丸偏心会导致侵深小幅度增加,偏心较大时钢管易产生鼓曲和撕裂等现象;撞击速度越大,侵深增加的越明显;钢管直径越小、壁厚越大,靶体的抗侵彻能力越强,但壁厚太小靶体易发生无效防护,壁厚过厚侵深减小不明显,经济性差;对于本文试验用钢管约束混凝土靶,单发侵深较半无限靶可减小20%;小直径钢管约束混凝土靶能有效抵抗3发打击,在最终侵深和靶体损伤等方面都优于半无限靶。2、在侵彻试验基础上,运用ANSYS/LS-DYNA开展了钢管约束混凝土靶抗侵彻机理的数值模拟研究。结果表明:随着弹丸的侵入,靶体混凝土损伤大致可分为形成漏斗坑阶段和隧道区侵彻阶段;混凝土应力区域的扩展在侵彻初期同半无限靶,呈半球形向下扩展,后来由于钢管的约束作用逐渐形成近似平面波向下扩展;钢管壁单元环向应力远大于径向应力,钢管应力响应与混凝土基本同步,对于给定截面,当弹丸侵彻到该截面位置时钢管约束作用最大;对本文试验所用弹丸和速度(820m/s左右),当靶径/弹径比大于31.9时,靶体可以作为半无限靶看待。3、针对现有刚性弹侵彻半无限混凝土靶侵深公式对钢管约束混凝土靶的不适用性,基于Forrestal侵深模型,结合硬芯枪弹侵彻钢管约束混凝土靶的特点,建立了与钢管约束刚度相关的侵深预测公式,与本文试验结果和文献试验结果比较表明:所建立的侵深公式能较为准确地预测钢管约束混凝土靶抗硬芯枪弹单发和多发打击侵深。本文研究表明,钢管约束混凝土具有优越的抗单发和多发打击性能,具体表现在能有效减小靶体混凝土损伤范围和弹丸侵深;在进行靶体设计时需综合考虑抗弹性能和经济性等各方面的因素,即进行优化设计。
【图文】：

枪弹,穿甲,结构组成

试验考虑了弹着点偏心距、撞击速度以及靶体钢管直括小直径钢管约束混凝土靶和半无限靶的单发打击试小直径钢管混凝土靶。试验分析了各因素对钢管约束，得到了钢管直径和壁厚的较优配置，并对小直径钢击性能进行了较为深入的研究，为第三章数值模拟和依据。2.1 侵彻试验方案丸与靶体方案设计用弹丸为 12.7mm 钨芯穿甲枪弹，弹丸结构如图 2.1 所合金弹芯、钢套、铅套和铜皮，钢套前端部分和弹丸重47.4~49g，长59.5mm，直径12.7mm。钨芯重19.7g，减药时弹丸出口速度 810~825m/s。

照片,侵彻,试验装置,照片

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文试验加载装置为 12.7mm 口径弹道枪（图 2.4a），枪口与靶面距离为 7.5m出口速度通过增、减装药量来调节。测速装置由光幕靶（图 2.4b）及六路时仪（图 2.4c）组成。通过测时仪（精度 1μs）测量弹丸通过两光幕靶间距）所用时间来计算平均速度。因光幕靶中心距离靶体较小（3.8m），弹丸减可忽略不计，故本文以弹丸通过光幕靶的平均速度作为弹丸着靶速度（度）。摄像装置采用型号为 FASTCAM SA1.1 的高速摄像机（图 2.4d），，摄的最大空间分辨率为 1024×1024pix，最大帧频为 6.75×105fps，用于辅弹体着靶姿态及迎弹面混凝土飞溅现象。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU398.9

【参考文献】