平头弹穿透双层金属板的理论与数值模拟研究

发布时间：2020-11-16 04:05

　　 本文对平头弹撞击下双层金属板的穿透行为进行了数值模拟研究,并在相关理论和数值模拟结果的基础上,提出了一个平头弹穿透等厚接触式双层板的理论模型。主要研究成果如下:1.采用网格划分软件True Grid建立四分之一弹-靶模型并进行网格的划分,利用修正的Johnson-Cook本构关系通过ABAQUS/Explicit进行了双层板结构在平头弹撞击下穿透的数值模拟。结果表明:双层板的第一层板主要发生剪切破坏,整体变形较小;第二层板发生拉剪复合破坏,整体变形较大。(1)对于单层板和等厚接触式双层板,当厚度小于单层板发生绝热剪切破坏的临界值时,单层板与双层板的弹道极限差距不大,当厚度大于该临界值时,双层板的弹道极限明显较大。(2)对于等厚间隔式双层板,当总厚度较小时,间隔对双层板弹道极限的影响较小;当总厚度较大时,双层板的弹道极限随着靶板间隔的增大而先增大后减小最后接近一个固定值,该固定值大于等厚接触式双层板的弹道极限。(3)对于接触式双层板,当总厚度较小时,相对厚度的变化对弹道极限的影响较小;而当总厚度较大时,对于相同厚度、不同排放顺序的靶板组合,较薄板在前、较厚板在后组合的弹道极限高于相反顺序组合的弹道极限;随着第一层板厚度的增加,弹道极限变化分四个阶段:首先双层板的弹道极限先增加,随后在最大值附近变化,之后逐渐减小,最后在最小值附近变化。2.建立了平头弹穿透等厚接触式双层金属板的理论模型。根据Wen-Jones模型和数值模拟结果提出了双层板的破坏模型,利用应变失效准则得到等厚接触式双层板的弹道极限。理论预测与实验和数值模拟结果进行比较后发现吻合得较好。同时发现当厚度小于单层板发生绝热剪切破坏的临界值时,单层板和双层板的弹道极限相差不大;而当厚度大于该临界值时,双层板的弹道极限明显高于单层板的弹道极限。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG111
【部分图文】：

图２．１靶板整体和局部放大的过渡网格和渐变网格。??２．４修正的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构模型??数值模拟过程中物体的网格只是在几何尺寸方面描述了物体的大小、形状和??相对位置，要对代表物体的网格定义材料的具体属性信息才能用来模拟真实物体??的属性。在力学相关的数值模拟中，要描述物体材料的真实属性信息一般需要能??描述应力、应变与内能或温度之间关系的材料模型。??材料模型与物体材料的力学和物理性质密切相关，通常包含三个部分：状态??方程、本构模型及失效模型。状态方程是为了得到质量、动量和能量守恒方程的??精确解和初始、边界条件而建立的关系式，可以反映材料的静水压力、比容（材??料密度）、体应变和内能（温度）之间的关系；本构模型通常用某些力学参量来??描述材料的应力和应变及偏应力与偏应变之间的关系，通常包含弹性阶段和塑性??阶段，两种情况需分别考虑应力和应变之间的关系；失效模型是规定一个或多个??失效准则，当单元达到失效准则后进行单元的删除等操作。常用的失效模型是损??

??图２．１靶板整体和局部放大的过渡网格和渐变网格。??２．４修正的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构模型??数值模拟过程中物体的网格只是在几何尺寸方面描述了物体的大小、形状和??相对位置，要对代表物体的网格定义材料的具体属性信息才能用来模拟真实物体??的属性。在力学相关的数值模拟中，要描述物体材料的真实属性信息一般需要能??描述应力、应变与内能或温度之间关系的材料模型。??材料模型与物体材料的力学和物理性质密切相关，通常包含三个部分：状态??方程、本构模型及失效模型。状态方程是为了得到质量、动量和能量守恒方程的??精确解和初始、边界条件而建立的关系式，可以反映材料的静水压力、比容（材??料密度）、体应变和内能（温度）之间的关系；本构模型通常用某些力学参量来??描述材料的应力和应变及偏应力与偏应变之间的关系，通常包含弹性阶段和塑性??阶段，两种情况需分别考虑应力和应变之间的关系；失效模型是规定一个或多个??失效准则，当单元达到失效准则后进行单元的删除等操作。常用的失效模型是损??伤模型

?（ｆ）?２０ｍｍ??图３．１数值模拟和实验得到的残余速度的比较。??从图３．１给出了不同厚度靶板的数值模拟结果和实验数据的比较。从图中可??以看出使用修正的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构模型能较好地模拟平头弹丸撞击固支金属??圆板的实验。但是需要指出的是对于厚度较小时的靶板（１〇＿以下），当撞击速??度较高时，数值模拟得到的残余速度与实验数据吻合得很好；但对于较低的撞击??速度（速度仍高于弹道极限），数值模拟得到的残余速度低于实验数据。换言之，??数值模拟得到的弹道极限要高于实验所得弹道极限，但是误差很小（１０％以内）。??而对于厚度较大的情况（１２ｍｍ以上），虽然通过拟合得到的弹道极限与实验结??果误差很小，但是数值模拟得到的残余速度与实验数据却相差很大，并且随着撞??击速度的增大，差距也随之增大。??造成该结果的原因一方面可能为当靶板的厚度较大时
【参考文献】

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本文编号：2885597