钢管约束混凝土抗侵彻机理的数值模拟

发布时间：2020-09-07 11:10

　　 基于侵彻试验,运用LY-DYNA软件,有限元法和光滑粒子法相结合,采用混凝土连续帽盖模型,对12.7 mm穿甲弹侵彻小直径钢管约束混凝土厚靶机理进行了数值模拟研究。研究表明:数值模拟结果与侵彻试验吻合较好,可较好地反映钢管约束混凝土靶核心混凝土侧面环向裂纹;钢管对核心混凝土的约束作用主要发生在弹丸扩孔过程;核心混凝土侧面环向裂纹的形成是入射压缩波与靶体背面反射拉伸波及钢管约束效应共同作用的结果;钢管约束混凝土靶的抗侵彻能力优于无钢管约束混凝土靶。
【部分图文】：

图112．7mm穿甲弹弹丸组成Fig．1Compositionof12．7mmAPP典型试验结果见表1和图2。其中:Δd为弹丸着靶偏心距，v0为着靶速度，D为漏斗坑直径，H1为漏斗坑深度，H2和H3为主裂纹位置到迎弹面的距离，H4为侵彻深度;钢管约束混凝土试件S－1、S－2和S－3分别对应于文献［8］试件4#、1#和18#第一发，PVC管混凝土试件P－1和P－2分别对应于文献［8］试件10#和12#。在PVC管混凝土靶试验中，弹丸未能嵌于混凝土中，而是带着剩余动能飞离了混凝土靶，侵彻深度根据试验后混凝土上的弹痕测得，因此试件P－1和P－2的H4数据可能小于半无限混凝土靶的侵彻深度，且着靶速度越高，差别将越大。从表1和图2可知:v0≈540m/s时，钢管约束混凝土靶(S－3)的侵彻深度比PVC管混凝土靶(P－2)约小15%;钢管约束混凝土靶侵彻后保持完整，具有抗多发打击能力;钢管约束混凝土靶的破坏模式与半无限混凝土靶的最大差别是:由于钢管的约束作用，核心混凝土侧面出现了环向裂纹。表1钢管混凝土靶典型试验结果Tab．1Typicalresultsofsteeltubeconcretetargets试件编号Δd/mmv0/(m·s－1)D/mmH1/mmH2/mmH3/mmH4/mmS－10833．3133．332．5174226214S－215838．2133．936．6191263208S－3*541．5＊＊无无80P－1*839．9＊＊无无175P－2*537．1＊＊无无94注:表中*表示未测量或无需测量的数据。图2靶的典型破坏情况Fig．2Typicalfailuremodesoftargets2侵彻试验的数值模拟2．1计算模型通过对表1侵彻试验进行数值模拟，确定计算模型及参数。数值模拟中，假设钢管约束混凝土靶正面(迎弹面)、背面和钢管侧面均为自由边界，并忽略重力的影响;忽略PVC管的作用，假设PVC管混凝土靶外边界为自由边界。为了体

图112．7mm穿甲弹弹丸组成Fig．1Compositionof12．7mmAPP典型试验结果见表1和图2。其中:Δd为弹丸着靶偏心距，v0为着靶速度，D为漏斗坑直径，H1为漏斗坑深度，H2和H3为主裂纹位置到迎弹面的距离，H4为侵彻深度;钢管约束混凝土试件S－1、S－2和S－3分别对应于文献［8］试件4#、1#和18#第一发，PVC管混凝土试件P－1和P－2分别对应于文献［8］试件10#和12#。在PVC管混凝土靶试验中，弹丸未能嵌于混凝土中，而是带着剩余动能飞离了混凝土靶，侵彻深度根据试验后混凝土上的弹痕测得，因此试件P－1和P－2的H4数据可能小于半无限混凝土靶的侵彻深度，且着靶速度越高，差别将越大。从表1和图2可知:v0≈540m/s时，钢管约束混凝土靶(S－3)的侵彻深度比PVC管混凝土靶(P－2)约小15%;钢管约束混凝土靶侵彻后保持完整，具有抗多发打击能力;钢管约束混凝土靶的破坏模式与半无限混凝土靶的最大差别是:由于钢管的约束作用，核心混凝土侧面出现了环向裂纹。表1钢管混凝土靶典型试验结果Tab．1Typicalresultsofsteeltubeconcretetargets试件编号Δd/mmv0/(m·s－1)D/mmH1/mmH2/mmH3/mmH4/mmS－10833．3133．332．5174226214S－215838．2133．936．6191263208S－3*541．5＊＊无无80P－1*839．9＊＊无无175P－2*537．1＊＊无无94注:表中*表示未测量或无需测量的数据。图2靶的典型破坏情况Fig．2Typicalfailuremodesoftargets2侵彻试验的数值模拟2．1计算模型通过对表1侵彻试验进行数值模拟，确定计算模型及参数。数值模拟中，假设钢管约束混凝土靶正面(迎弹面)、背面和钢管侧面均为自由边界，并忽略重力的影响;忽略PVC管的作用，假设PVC管混凝土靶外边界为自由边界。为了体

限元网格畸变，并考虑计算效率，弹孔附近圆柱形区域内采用光滑粒子模型，其余采用有限元模型。鉴于问题的对称性，建立1/2结构有限元－光滑粒子模型(FEM－SPH)(见图3)。弹丸和钢管均采用SOLID164八节点实体单元，弹丸单元特征尺度小于1mm，共划分4658个单元;钢管单元尺寸为5．5mm×1．75mm×2．5mm，共划分7200个单元。经试算，取光滑粒子区域半径为25mm(约为弹丸半径的4倍)较为合适，该区域先通过有限元软件形成网格，再由网格形成光滑粒子，粒子间距1．5mm，共划分36000个粒子单元;外围混凝土采用SOLID164八节点实体单元，径向渐变网格划分，内侧网格较密(最小单元尺寸2．5mm×2mm×2．5mm)，其他区域网格稀疏(最大单元尺寸7mm×4mm×2．5mm)，共划分54000个单元。弹丸铅套、铜皮和钢芯的接触面均采用面－面侵蚀接触(CONTACT_EＲODING_SUＲFACE_TO_SUＲFACE);混凝土光滑粒子区域与弹丸铅套、铜皮和钢芯之间采用点－面侵蚀接触(CONTACT_EＲODING_NODES_TO_SUＲFACE);混凝土光滑粒子区域和有限元网格区域界面采用点－面连接接触(CONTACT_TIED_NODES_TO_SUＲFACE)。混凝土与钢管内壁接触面按固结处理，不考虑滑移。在对称面上定义对称边界条件，对网格节点的自由度进行约束，同时对处于对称边界的光滑粒子使用“虚粒子”，以保证对称边界处粒子不会穿越对称面。弹丸钢芯采用刚体材料模型(ＲIGID)，弹丸铅套和钢管采用弹塑性随动硬化材料模型(PLASTIC_KINE-MATIC)，铜皮采用JOHNSON_COOK(J－C)模型和GＲUNEISEN状态方程。材料模型参数按文献［9－10］确定，见表2和表3。混凝土采用连续帽盖模型(MAT_CSCM_CON-CＲETE)［6－7］，该模型简单实用，能较好地体现钢管约束混凝土侵彻试验中发生环向裂纹的新现象。CSCM模型采用?

【参考文献】

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【共引文献】

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10 蒋奇峰;内置CFRP圆管方钢管高强混凝土节点受力性能有限元分析[D];沈阳建筑大学;2011年

【二级参考文献】

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本文编号：2813263