侵彻和爆炸下超高性能水泥基复合材料的毁伤效应及数值模拟
发布时间：2020-10-19 20:54
随着钻地武器的不断发展和性能提升,防护工程材料也有着巨大的改进需求,对于防护工程材料而言,如何更好地抵抗侵彻、爆炸等毁伤行为是当下的热门研究方向。本论文研究并制备了不同配比、不同增强方式的超高性能水泥基复合材料靶体,对其进行多次侵彻实验和侵爆耦合的实验,并将实验的情况进行计算机数值模拟,取得了以下研究成果。通过对超高性能水泥基复合材料的研究,设计了五种材料配比并将其制备成实弹侵彻用靶体,分别是由普通混凝土,刚玉骨料增强的、纤维增强的、纤维和刚玉骨料共同增强的超高性能水泥基复合材料制成。在多次侵彻实验中,记录并分析了靶体的破坏形态,对侵彻深度、开坑面积进行了测量,基于这些参数对不同靶体进行了抗侵彻性能比较,分析了不同靶体抗侵彻性能的异同。在多次侵彻实验的基础上,运用ANSYS-AUTODYN软件进行了多次侵彻数值模拟,将模拟破坏形态、侵彻深度、损伤情况和压力时程曲线在不同靶体间进行比较,并将这些模拟结果同实验结果进行对照分析,得出了多次侵彻下超高性能水泥基复合材料的损伤破坏规律。在多次侵彻实验结果的基础上,优化靶体材料配比,制备了骨料靶和纤维靶两种超高性能水泥基复合材料靶体,并进行侵爆耦合的实验。采用先侵彻后爆炸和先爆炸后侵彻两种毁伤类型,对两类靶体的毁伤行为进行了分析和比较,得出了超高性能水泥基复合材料侵爆耦合作用下的毁伤规律。运用ANSYS-AUTODYN软件对超高性能水泥基复合材料侵爆耦合破坏进行数值模拟,对破坏形态、毁伤深度、开坑大小、压力时程曲线等物理量进行了研究,揭示了侵爆耦合下超高性能水泥基复合材料靶体损伤破坏全过程。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：
图２．１弹丸侵彻水泥蕋贷合材料靶板时的特点??一种人造的结构材料，混凝土同其他天然材料、人造材料相似性，因而了解混凝土同其他材料抗侵彻性能的对比，冇材料的抗侵彻的基础能力，下表给出了一些典型材料，受到弹丸以１５０ｍ／ｓ的速度垂直撞击下的侵彻深度。如表２．１所示表２．?１钢弹丸垂直撞击不同介质半无限大靶板的侵彻深度??材料?侵彻深度（弹丸直径的倍数）??湿泥?２２００??沙子?３５０??混凝土（１７．?２ＭＰａ）?３６??混凝土（：Ｍ．?ＯＭＰａ）?２５??铝合金?１．５??钢（布氏硬度１００）?０．６??钢（布氏硬度３５０）?０３???２．１可以看出，混凝土对于弹丸侵彻有一定的抵抗能力，比，３４．０ＭＰａ混凝土在相同情况下侵彻深度只灯湿泥的１．１．
２．３．３实验设备??实验屮由发射枪分别发射３发弹丸对一个靶体进行多次侵彻实验，实验装置??及其示意图如图２．２和２．３所示：??１４．?５ｍｍ????（??＾￣ｎ??ａ?三次侵彻二次侵彻一次侵彻?Ｕ??／?＼?５ｍ?‘，??＾?＾紀体??注：三次侵彻分别进行，不是同时进行??图２．２多次侵彻实验装置示意图??１１??
（ａ）发射枪?（ｂ）靶体??图２．３多次侵彻实验装置和靶体??２．?３．?４靶体的破坏形态??本研宄分別对上述几种不同材料制成的靶体进行了?３次侵彻实验，因为各个??靶体配比不同，强度有所不同，所以抵抗子弹冲击侵彻的能力也不同，在宏观上??表现为多样化的破坏形态。图２．?４－２．?６为各靶体侵彻后的迎弹面破坏形态。??（ａ）?ＭＯ?（ｂ）Ｇｌ?（ｃ）?Ｇ１ＳＦ３ＢＦ１?（ｄ）?Ｇ２ＳＦ３ＢＦ１?（ｅ）?Ｍ１ＳＦ３ＢＦ１??图２．?４各靶体一次侵彻后的迎弹面破坏形态??（ａ）?ＭＯ?（ｂ）?Ｇ１?（ｃ）?Ｇ１ＳＦ３ＢＦ１?（ｄ）?Ｇ２ＳＦ３ＢＦ１?（ｅ）?Ｍ１ＳＦ３ＢＦ１??图
【参考文献】
本文编号：2847713
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：
图２．１弹丸侵彻水泥蕋贷合材料靶板时的特点??一种人造的结构材料，混凝土同其他天然材料、人造材料相似性，因而了解混凝土同其他材料抗侵彻性能的对比，冇材料的抗侵彻的基础能力，下表给出了一些典型材料，受到弹丸以１５０ｍ／ｓ的速度垂直撞击下的侵彻深度。如表２．１所示表２．?１钢弹丸垂直撞击不同介质半无限大靶板的侵彻深度??材料?侵彻深度（弹丸直径的倍数）??湿泥?２２００??沙子?３５０??混凝土（１７．?２ＭＰａ）?３６??混凝土（：Ｍ．?ＯＭＰａ）?２５??铝合金?１．５??钢（布氏硬度１００）?０．６??钢（布氏硬度３５０）?０３???２．１可以看出，混凝土对于弹丸侵彻有一定的抵抗能力，比，３４．０ＭＰａ混凝土在相同情况下侵彻深度只灯湿泥的１．１．
２．３．３实验设备??实验屮由发射枪分别发射３发弹丸对一个靶体进行多次侵彻实验，实验装置??及其示意图如图２．２和２．３所示：??１４．?５ｍｍ????（??＾￣ｎ??ａ?三次侵彻二次侵彻一次侵彻?Ｕ??／?＼?５ｍ?‘，??＾?＾紀体??注：三次侵彻分别进行，不是同时进行??图２．２多次侵彻实验装置示意图??１１??
（ａ）发射枪?（ｂ）靶体??图２．３多次侵彻实验装置和靶体??２．?３．?４靶体的破坏形态??本研宄分別对上述几种不同材料制成的靶体进行了?３次侵彻实验，因为各个??靶体配比不同，强度有所不同，所以抵抗子弹冲击侵彻的能力也不同，在宏观上??表现为多样化的破坏形态。图２．?４－２．?６为各靶体侵彻后的迎弹面破坏形态。??（ａ）?ＭＯ?（ｂ）Ｇｌ?（ｃ）?Ｇ１ＳＦ３ＢＦ１?（ｄ）?Ｇ２ＳＦ３ＢＦ１?（ｅ）?Ｍ１ＳＦ３ＢＦ１??图２．?４各靶体一次侵彻后的迎弹面破坏形态??（ａ）?ＭＯ?（ｂ）?Ｇ１?（ｃ）?Ｇ１ＳＦ３ＢＦ１?（ｄ）?Ｇ２ＳＦ３ＢＦ１?（ｅ）?Ｍ１ＳＦ３ＢＦ１??图
【参考文献】
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本文编号：2847713
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