弹体侵彻混凝土靶体侵彻深度的数值模拟研究

发布时间：2017-07-19 19:09

  本文关键词：弹体侵彻混凝土靶体侵彻深度的数值模拟研究

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【摘要】：混凝土作为一种建筑材料被广泛使用在各种军事和民用建筑设施上,因此弹体侵彻混凝土靶体在工程防护上是一个重要研究课题。虽然已有很多试验和数值研究,但混凝土侵彻伴随着大变形、高压和高应变率,因此侵彻过程中仍有很多问题亟需解决,而且受限于经济条件和实验条件不能展开大量实验研究。如此背景下,数值计算就成为了一条经济且可靠研究途径。本文基于LS-DYNA数值研究了混凝土靶体动态球形和柱形空腔膨胀的机理,并建立了侵彻深度预测模型;采用AUTODYN研究了混凝土侵彻过程,并依此修正Forrestal模型中的开坑深度项。(1)介绍了几种当前使用最为广泛的侵彻深度预测模型。通过与其他经典模型的比较,结果表明考虑了尺寸效应的Forrestal模型对于不同尺寸的弹体和各种强度靶体的实验数据都能够较好吻合。(2)采用LS-DYNA对空腔膨胀过程进行了数值模拟研究。分析了空腔膨胀的影响因素,结果表明空腔界面压力与膨胀速度平方成正比,密度与膨胀速度平方成反比,且膨胀速度随抗压强度、压碎应力和压实应力的提高而降低;而空腔半径,及混凝土材料抗拉强度等与界面的膨胀速度基本无关。通过拟合球形和柱形界面速度到达稳定时对应的临界速度的计算公式,建立了空腔压力与界面膨胀速度的函数关系,并由此给出了侵彻深度的预测模型。与实验数据对比发现,对于较低的初始速度,基于柱形理论获得的预测结果大于基于球形理论获得的预测值,更接近实验数据;而对于较高的初始速度,基于球形理论获得的预测结果大于基于柱形理论获得的预测值,且更接近实验数据。(3)采用AUTODYN对混凝土侵彻响应机理进行了数值研究。结果表明弹头形状,靶体强度和冲击速度均对弹体的减加速度有显著影响,而且随着初始速度的增加,速度的效应越来越大。通过在靶体中心对称轴位置预置深坑,消除了因弹体嵌入导致的靶体前表面的运动,从而导其侵彻深度明显减小。随着侵彻速度的增加,开坑效应越来越小。结果表明弹头形状对开坑深度有明显影响,但靶体强度和侵彻速度则基本没有影响。基于数值模拟结果得到开坑深度计算模型可以在一定范围内提升侵彻深度计算的精确性。
【关键词】：混凝土 侵彻深度 空腔膨胀 开坑区 开坑效应 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ410;TU528
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 混凝土侵彻研究现状11-15
• 1.2.1 侵彻深度研究现状11-13
• 1.2.2 混凝土材料空腔膨胀理论研究现状13-14
• 1.2.3 混凝土靶侵彻数值模拟研究现状14-15
• 1.3 本文研究的内容15-18
• 第二章 混凝土侵彻的基本理论18-36
• 2.1 混凝土靶体的响应形式分类18-19
• 2.2 经典侵彻深度计算公式19-21
• 2.3 空腔膨胀理论21-29
• 2.3.1 球形空腔膨胀理论推导22-25
• 2.3.2 基于球形空腔膨胀的侵彻方程及其求解25-28
• 2.3.3 柱形空腔膨胀模型28-29
• 2.4 Forrestal侵彻模型及其发展29-34
• 2.4.1 Forrestal侵彻模型29-31
• 2.4.2 Forrestal侵彻模型的发展31-34
• 2.5 侵彻深度计算模型的对比34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 混凝土材料空腔膨胀的数值模拟36-52
• 3.1 球形空腔膨胀的数值模拟36-47
• 3.1.1 数值模型及材料模型36-39
• 3.1.2 空腔膨胀模型径向应力分布39-40
• 3.1.3 空腔膨胀影响因素分析40-44
• 3.1.4 空腔边界膨胀速度的公式拟合44-46
• 3.1.5 基于拟合结果的侵彻深度预测46-47
• 3.2 柱形空腔膨胀的数值模拟47-49
• 3.2.1 数值模型47-48
• 3.2.2 空腔边界膨胀速度的公式拟合48-49
• 3.3 球形与柱形空腔膨胀的对比研究49-51
• 3.3.1 膨胀压力分布与膨胀速度对比49-50
• 3.3.2 侵彻深度预测值对比50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 混凝土靶体开坑深度的数值研究52-76
• 4.1 数值模型验证52-59
• 4.1.1 侵彻实验52-53
• 4.1.2 材料模型53-57
• 4.1.3 数值模型57-58
• 4.1.4 结果验证58-59
• 4.2 数值结果分析59-65
• 4.2.1 侵彻破坏过程分析59-62
• 4.2.2 弹体减速过程分析62-63
• 4.2.3 加速度影响因素分析63-65
• 4.3 开坑深度研究65-72
• 4.3.1 开坑效应研究65-68
• 4.3.2 开坑深度研究68-72
• 4.4 侵彻深度公式的修正与验证72-74
• 4.4.1 侵彻深度计算公式的修正72
• 4.4.2 修正所得公式的对比验证72-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 全文总结与工作展望76-78
• 5.1 全文总结76-77
• 5.2 工作展望77-78
• 参考文献78-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士期间发表的学术论文90

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本文编号：564388