平头弹撞击橡胶混凝土叠合靶板的数值研究

发布时间：2020-04-13 21:29

【摘要】：混凝土作为一种建筑材料在军事设施和民用工程中得到了广泛的应用,由于橡胶粉或橡胶颗粒的掺入能够明显改善混凝土的延性,因此橡胶混凝土在公路路面、桥墩桥面、机场跑道、水坝码头甚至是抗冲、抗震等现代防护结构中的应用研究逐渐受到广大学者们的关注和重视。本文基于LS-DYNA非线性有限元软件对平头弹冲击橡胶混凝土叠合靶板的过程进行三维数值分析,通过与相关文献实验结果比对,验证了所选材料模型、参数设置、网格划分等的合理性。分别研究了变厚度混凝土靶板、橡胶混凝土靶板和橡胶混凝土叠合靶板在平头弹冲击下的响应和抗冲击效果。本文的研究为推广橡胶混凝土在防护结构中的应用起到了十分积极的意义,同时也为橡胶混凝土防护结构的设计和安全评估提供了有益借鉴。本文主要研究内容如下:(1)通过以相关文献实验为参考和依据,构建平头弹撞击混凝土靶板有限元模型,模拟混凝土靶板在不同冲击速度下的裂纹形貌。数值模拟得出的裂纹形貌与实验的破坏形貌十分相似,表明数值模拟结果和实验结果吻合度较高,验证了该数值模拟方法的合理性。(2)对平头弹撞击等厚度和变厚度混凝土靶板问题进行模拟研究。一般来说,撞击产生的冲击应力波传播到靶板背面会产生反射拉伸波,该拉伸波是导致靶板背面出现痂斑破坏的主要因素。为了研究反射自由面的影响,文中研究了变厚度混凝土靶板(即靶板背面呈斜坡状)在弹丸撞击下背面的破坏情况。研究发现与等厚度靶板的背面破坏情况不同,变厚度混凝土靶板痂斑破坏最严重的位置是在靶底中间偏厚度较薄的一侧。(3)对平头弹撞击普通混凝土靶板和橡胶混凝土混凝土靶板进行数值模拟。对比分析了混凝土靶板在不同撞击速度下的破坏特征和抗冲击效果。在较低撞击速度下,两者的破坏模式为整体型破坏,橡胶混凝土靶板的抗冲击效果较好;在较高撞击速度下,橡胶混凝土靶板的抗冲击效果则会减弱。(4)对平头弹撞击橡胶层厚度不同的橡胶混凝土叠合靶板进行数值研究。对比分析了叠合靶板在不同撞击速度下的破坏特征和抗冲击效果,发现在一定的撞击速度条下,橡胶混凝土良好的变形性和耗能能力,可效抑制裂纹的产生,削弱撞击力和单元应力,起到很好的缓解外来荷载的冲击作用,提高叠合靶板的整体抗冲击性能。
【图文】：

混凝土靶板,破坏类型

击作用下破坏响应研究的重要内容。近年来虽然国际总体上处于和平和发展的状态，但在局部地区仍有战事不断发生。更让人不安的是，自“9.11”事件之后，恐怖袭击变得愈发频繁，这对人民的人身和财产安全带来巨大威胁，给社会经济带来巨大损失。这些不稳定因素提醒着我们虽然身处和平年代，但我们国防安全意识不可懈怠。因此，，对弹丸侵彻混凝土靶体的研究一直都是一个比较活跃的课题，引起了众多学者的关注。学者们从经验公式、理论模型和数值模拟三个方面对混凝土撞击和侵彻问题展开了大量研究，并且取得了丰富的研究成果。1.2 国内外研究现状平头弹冲击混凝土靶板时会导致靶体发生局部响应或整体性破坏。靶体损坏形式受到弹丸冲击速度、弹丸直径、弹丸形状、靶板材料和靶板形状等多种因素的影响。因此，会导致靶板发生侵彻破坏、厚度方向锥形开裂、痂斑破坏、贯穿破坏和整体结构响应等破坏类型（如图 1-1（a~e）所示）。

示意图,分析模型,示意图

尹放林等[34]利用空腔膨胀理论中的应力与速度了弹体初始偏航角和倾斜角对弹体侵彻过程的影响。蔺建勋法提出了一种考虑土壤、混凝土交界面效应的球形空腔膨胀理丸垂直侵彻土壤混凝土复合介质的侵彻模型。文鹤鸣[36]采用准分析了平头弹正撞下简支圆板的变形和穿透问题。利用虚功原移关系,以此预测低速冲击下圆板的吸能能力。在不发生绝热提下,并且考虑材料的应变率敏感性时，理论预测和实验结果吻ng[37]利用二阶段模型分析法，研究了平头弹贯穿有限厚度钢筋题。王明洋等[38]采用刚塑性不可压缩的介质模型，用极限分析究平头弹在有限厚度介质中的侵彻问题。Chen[39]利用连续损土靶板的侵彻问题，预测卵形弹的残余速度。咸玉席等[40]研究混凝土靶板厚度方向开裂破坏的半分析模型，如图 1-2 所示：受到的侵彻阻力由静阻力和速度效应引起的动阻力组成；在开土靶板发生动态剪切破坏的最大承载力可以由静态剪切破坏个动态增强因子得到。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410;TU37;E95

【参考文献】