基于细观混凝土模型的刚性弹体正侵彻弹道偏转分析

发布时间：2019-11-05 10:38

【摘要】：为研究混凝土细观因素对刚性弹正侵彻弹道偏转的影响,基于骨料随机投放的思路建立混凝土三维细观几何模型,分析刚性弹正侵彻过程中发生弹道偏转的原因及可能影响因素,定量讨论混凝土细观因素对弹道偏转的影响。结果表明:混凝土细观数值模型可以较好地反映弹体正侵彻过程中弹道偏转等典型物理现象,且细观参数对于弹体弹道偏转有显著影响。刚性弹正侵彻细观混凝土时,存在一个弹体直径/骨料最大粒径比的特征比值。
【图文】：

示意图,骨料,示意图,凸多面体

状。此处的随机凸多面体以八面体骨料基为基础生长而成，并结合文献［１３］，采用空间体积为标度对新生成顶点的位置进行控制，实现骨料形状为凸型骨料。１．４骨料投放算法三维随机骨料在投放过程中为保证投放域内的骨料不会发生相互侵入的现象，采用点侵入凸多面体空间的判断、凸多面体空间侵入的特殊情况［１３］对生成的多面体进行判断。根据上述随机多面体骨料的生成及投放算法，利用ＶＣ＋＋６．０软件编制了三维随机凸面体骨料模型的程序３Ｄ－ＲＡＭ。利用该程序生成的全集配混凝土骨料含量如图２所示。图２骨料投放示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ３７８爆炸与冲击第３７卷

细观模型,有效性验证,有限元剖分,数值模型

、砂浆及界面进行投影，图３（ａ）中网格分为骨料、砂浆、界面共３类。考虑骨料、砂浆及界面三相材料，，如果某个单元的８个节点均落入骨料的投影范围内，则该单元类型为骨料单元。若单元的８个节点均落入砂浆区域内，则该单元的类型为砂浆单元。若单元的８个节点既有落入骨料范围又有落入砂浆范围的，则该单元为界面单元。三者之间采用共节点方式处理，此时界面单元的厚度为１个单元厚度（本文中单元最小尺寸为２ｍｍ）。最终得到混凝土细观模型各组成部分如图３（ｂ）～（ｄ）所示。图３细观模型各组成部分有限元剖分Ｆｉｇ．３Ｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ’ｓＦＥＭｏｆｍｅｓｏ－ｓｃｏｐｉｃｍｏｄｅｌ２数值模型有效性验证通过弹／靶侵彻实验与数值模拟的对比，对以上建立的混凝土细观数值模型用于分析冲击问题的有效性进行验证，计算通过ＬＳ－ＤＹＮＡ有限元软件实现。２．１混凝土靶侵彻实验模拟选取Ｓ．Ｊ．Ｈａｎｃｈａｋ等［１５］的实验为验证分析对象，计算中弹体形状及靶板尺寸与文献中保持一致，实验中弹体未直接作用在钢筋上，因此数值模型中不考虑钢筋的作用。混凝土单轴抗压强度为４８ＭＰａ，采用细观模型，最大骨料粒径为９．５ｍｍ。对弹体采用ＭＡＴ＿ＲＩＧＩＤ模型；对骨料、砂浆及界面均采用Ｋ＆Ｃ模型。计算中采用侵蚀判断准则作为单元的失效准则。相表２弹体及混凝土材料参数Ｔａｂｌｅ２Ｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅ材料类型ρ／（ｋｇ·ｍ－３）Ｅ／ＧＰａμｃσｔ／ＭＰａσｃ／ＭＰａＡｇｇｒｅｇａｔｅ２６６００．１６１

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