弹体高速侵彻混凝土靶的数值模拟研究

发布时间：2020-08-10 16:22

【摘要】：高速弹体对混凝土靶的侵彻效应既是军事工程防护技术研究的前提，又是优化设计弹体形状及其物理参数的基础，因而成为武器装备和防护技术领域的热点问题。本文以有限厚混凝土靶板作为研究对象，从理论分析和数值模拟两方面对弹体侵彻混凝土问题进行了研究，讨论了混凝土靶板横向尺寸、弹体速度、弹体头部系数、靶板间隔、弹体材料等因素对靶板破坏情况、剩余速度、抗弹侵彻耗能的影响规律。论文主要研究工作如下：（1）选用RHT模型作为混凝土靶板的材料模型，通过与文献中的实验结果进行对比，验证了材料模型和参数的有效性；（2）对不同横向尺寸的混凝土靶板的侵彻效果进行了对比分析，结果表明，弹体以800m/s的速度进行侵彻的情况下，随着靶板横向尺寸的增加，弹体穿透靶板后的剩余速度呈下降趋势，弹体侵彻靶板过程中的耗能也在不断增加；（3）对比了不同速度下弹塑性弹体和刚性弹体的侵彻过程，结果表明，对于弹塑性弹，当速度超过950m/s时，由于头部变形严重，侵彻能力明显下降，因此刚性弹体假设的适用范围是950m/s以下；（4）通过理论计算不同头部系数弹体的侵彻工况，结果表明，头部系数越大，弹体的侵彻能力越强，数值模拟也得出了同样的结论；（5）对比有无间隔靶板的侵彻效应，表明靶板间存在一定的间隔能够有效降低弹体的侵彻能力；（6）分别研究了屈服强度为355MPa、792MPa和1539MPa三种不同强度的弹体的侵彻过程，通过分析弹体的变形及破坏情况，为实验设计提供了依据。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ430
【图文】：

侵彻,模型计算,混凝土

北京理工大学硕士学位论文11图1.1 用 TCK 模型计算混凝土侵彻图1.2 TCK 模型计算与实验结果对比另外，由国防科技大学徐学文等将此模型引入动力有限元程序 DYNA2D，计算了混凝土板在弹丸撞击下的脆性断裂，计算结果与实验相吻合。数值模拟的结果表明该算法相当迅速，易于使用。金乾坤将其引入 LS-DYNA，也获得了较好的计算结果。3、盖帽模型Bischoff 等已经对混凝土强度随应变率增高而增强的“真实性”以及侧向惯性约束作了评论。他们认为，混凝土冲击特性的改变主要是由材料的惯性阻抗引起的，这种阻抗诱发了裂纹传播。混凝土的剪切和压实形态在连续塑性理论的框架中，用两个屈服面描述

模型计算,实验结果,盖帽模型

图1.1 用 TCK 模型计算混凝土侵彻图1.2 TCK 模型计算与实验结果对比另外，由国防科技大学徐学文等将此模型引入动力有限元程序 DYNA2D，计混凝土板在弹丸撞击下的脆性断裂，计算结果与实验相吻合。数值模拟的结果表算法相当迅速，易于使用。金乾坤将其引入 LS-DYNA，也获得了较好的计算结果盖帽模型Bischoff 等已经对混凝土强度随应变率增高而增强的“真实性”以及侧向惯性约了评论。他们认为，混凝土冲击特性的改变主要是由材料的惯性阻抗引起的，这抗诱发了裂纹传播。混凝土的剪切和压实形态在连续塑性理论的框架中，用两个面描述，通常称之为盖帽模型，其一描述剪切曲面和体积膨胀，其二描述材料的。盖帽模型虽然反映了大应变时的非弹性响应，其中包括由微裂纹或空穴的非弹积变化引起的材料软化或硬化，但是其中的损伤并没有确定，损伤演变规律对应变率的效应更没有计及，因此，此材料模型有待于进一步的改进与完善。Johnson-Cook 模型

膨胀模型,空穴,侵彻

如图2.6 所示。图2.1 空穴膨胀模型(a) CCET 侵彻模型 (b) SCET 侵彻模型图2.2 侵彻模型[110]柱型空腔膨胀理论与球型空腔膨胀理论的共同点是：①靶体都是均匀半无限厚靶；②涉及的侵彻问题均为一维问题；③弹丸在侵彻过程中均保持刚性；④空腔表面法向应力分布与弹体头部的径向压力分布情况相同；⑤都可用下式表示空腔表面法向应力r 与空腔膨胀速度 v 的关系：

【参考文献】