高速侵彻混凝土的局部响应行为研究

发布时间：2017-05-09 17:11

  本文关键词：高速侵彻混凝土的局部响应行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混凝土是一种用途广泛的工程材料,它是一种成分十分复杂的复合材料,其组成成分包括骨料(碎石)、水泥、沙子和水,同时材料结构的均匀性不好,并且任何这些组份的变化都会引起其力学性能的不同。尽管混凝土的高压缩强度可以与某些金属媲美,但是其低拉伸强度是一大缺陷。因此,在研究混凝土的高速侵彻时,必须考虑其在抗侵彻方面的力学性能及动态损伤本构关系。在高速侵彻过程中,弹体会发生弹性变形、塑性变形、磨蚀失稳以及弯折破坏等;而混凝土靶体会伴随出现侵彻、冲塞剪切、层裂剥落、径向断裂以及贯穿等局部结构响应。这些物理过程和现象通过现代测试技术还很难准确地进行捕获观察,但是通过数值模拟可以方便地建立混凝土高速侵彻模型,并能获取侵彻过程中各物理量的时程曲线和计算云图,大大地弥补了试验测量和理论分析的不足。对于混凝土靶板的局部撞击响应研究,已经提出的经验公式是基于较低速度的撞击试验拟合分析得到的;而对于高速侵彻,由于实验条件等因素的限制,导致实验缺乏、数据单薄,不能很好地反映混凝土高速侵彻的结构响应特征。而在数值模拟中,本构模型的合理性与输入参数的准确性是真实再现材料动态破坏行为以及获得正确计算结果的基本要求。因此,本文采用LS-DYNA研究了不同的本构模型、侵彻速度及弹靶厚径比对混凝土局部响应行为的影响,主要研究工作包括以下几个方面:1.CSCM(The Continuous Surface Cap Model)本构模型的验证。综合文献和相关实验数据得到模型输入参数,确定各个参数及各物理量间的关系。通过与Hanchak等的试验对比,验证了CSCM模型输入参数的准确性与合理性,表明CSCM模型在弹体侵彻混凝土局部响应模拟中的有效性和可行性。并基于该本构模型,给出了30MPa素混凝土侵彻过程的数字化可视图。该图能够更加直观形象地反映混凝土在高速侵彻过程中各阶段的破坏形态。2.CSCM与HJC模型的侵彻模式对比。主要从混凝土的前靶面冲塞剪切、后靶面疥斑、靶体贯穿等局部结构响应,对比研究了CSCM模型与HJC模型对混凝土侵彻的靶体破坏模式的影响。结果表明CSCM模型能够更为准确地模拟混凝土侵彻的局部响应。3.影响混凝土侵彻的因素。基于CSCM模型开展了30MPa素混凝土正侵彻数值模拟,定性地分析了侵彻速度、靶板厚度对高速侵彻混凝土的贯穿局部响应的影响;定量地分析了侵彻速度、靶板厚度对开坑直径、前坑深度以及弹体速度、加速度和力-位移曲线的影响。结果表明:混凝土靶隧道直径约为弹体直径的1.0~1.5倍左右;当靶板厚度相同时,随着弹体侵彻速度的减小,混凝土靶的前坑和后坑直径均减小。而对于混凝土贯穿响应而言,当弹体侵彻速度相同时,随着混凝土靶厚度的增加,其结构响应就越明显,损伤区域逐渐加大,弹体减加速度波动变得明显。说明靶板厚度越大,弹体侵入混凝土就越困难。
【关键词】：高速侵彻 CSCM本构模型 混凝土 局部响应 LS-DYNA
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ410;TU528
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-12
• 1.2 混凝土侵彻的研究现状12-16
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 混凝土侵彻的研究方法16-21
• 1.3.1 实验与经验公式17-18
• 1.3.2 理论分析18-20
• 1.3.3 数值模拟20-21
• 1.4 本文的主要研究工作21-23
• 第二章 混凝土材料的特性及其在侵彻中的特征分析23-36
• 2.1 混凝土的力学特性23-28
• 2.1.1 混凝土材料的变形23-25
• 2.1.2 混凝土的动态力学性能25-28
• 2.2 混凝土侵彻的假设28-30
• 2.3 混凝土侵彻的特点30-31
• 2.4 混凝土动态本构模型31-36
• 2.4.1 混凝土动态本构简述31-32
• 2.4.2 几种常用的动态本构模型32-36
• 第三章 基于CSCM模型的混凝土靶板侵彻数值模拟研究36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 LS-DYNA在侵彻中的应用36-39
• 3.2.1 LS-DYNA简介36-37
• 3.2.2 LS-DYNA模拟侵彻问题的一般方法37-39
• 3.3 CSCM模型在混凝土侵彻中的应用39-41
• 3.4 数值模型的建立41-44
• 3.4.1 有限元模型41-42
• 3.4.2 材料模型42-44
• 3.5 计算结果和讨论44-53
• 3.5.1 CSCM模型的有效性和可行性验证45-47
• 3.5.2 尖卵形弹体高速侵彻 30MPa素混凝土47-53
• 3.6 小结53-54
• 第四章 高速侵彻混凝土靶板的局部响应影响因素研究54-71
• 4.1 引言54
• 4.2 HJC模型与CSCM模型的结构响应模拟对比54-60
• 4.3 不同因素对混凝土局部响应的影响60-65
• 4.4 不同因素对弹体侵彻性能的影响65-70
• 4.5 小结70-71
• 第五章 总结和展望71-73
• 5.1 全文总结71
• 5.2 工作展望71-73
• 附录73-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文82

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