钢板混凝土复合靶抗贯穿性能的理论与数值分析

为了给防护结构的优化设计提供参考,基于动能守恒定律,推导出了后附薄钢板复合靶的弹体剩余速度公式及弹体剩余动能和初始动能之比Er/E0。利用ANSYS/LS-DYNA对已有文献的侵彻试验进行模拟,分析了钢板布局对复合靶抗贯穿性能的影响,对比了素混凝土靶、钢筋混凝土靶和复合靶的抗贯穿性能。结果表明:由BRLCEA-EDF转换公式得到的剩余速度预测值精度最高,其推导的Er/E0可用于评价钢板混凝土复合靶的抗贯穿性能;复合靶的抗贯穿性能随着钢板的后移而逐渐增强,其中工况0-3(靶板前后表面铜板厚度分别为0mm、3mm)较工况3-0(靶板前后表面铜板厚度分别为3mm、0mm)提高约10%;含筋率为0.8%时,复合靶的抗贯穿性能较素混凝土靶和钢筋混凝土靶分别提高约11%和4%,在靶板损伤中,复合靶能够抑制扩展裂缝的产生,后附钢板发生沿侵彻方向的凸起,并呈花瓣状开裂,但它减慢了后部弹坑的形成,提供了更大的侵彻阻力。     

锥头刚性钨弹贯穿铝合金靶理论模型与应用

利用柱腔膨胀理论,提出了带有圆锥形头部的刚性杆式钨弹侵彻和贯穿薄铝靶板的理论模型.该模型考虑了弹靶之间的摩擦效应的影响.推导获得了弹体撞击并侵彻和贯穿靶体全过程中的弹体速度和弹体贯穿靶体时的剩余速度解析表达式,给出了弹体的速度时程曲线.通过比较理论与基于MSC.DYTRAN软件的有限元数值结果,验证了理论模型的适用性.基于理论模型的结果表明,弹体锥头长度越大,弹体剩余速度越高.弹体越细,其贯穿靶威力越大.弹靶之间的摩擦将降低弹体的剩余速度.计算也进一步表明,考虑摩擦的影响,弹锥头长度存在对应于获得最大剩余速度的某一最佳值.     

弹体对钢筋混凝土板-钢板的贯穿计算问题

主要讨论了钢筋混凝土板-钢板中箍筋、纵向钢筋和钢板对弹体贯穿过程的影响。根据钢筋混凝土板-钢板多阶段变形与破坏和能量在时间、空间上的分配差异,提出了钢筋混凝土板-钢板的变形与破坏模型,确定了箍筋和钢板对弹体的阻力公式,并将纵向钢筋网等价为薄钢板厚度,从而给出了弹体和贯穿块的运动方程。并通过与弹体贯穿混凝土板过程中弹体的加速度、速度、位移的对比,说明了钢筋混凝土板-钢板中各联系件对弹体在介质贯穿过程中位移场的影响。     

椭圆截面截卵形刚性弹体正贯穿加筋板能量耗散分析

为获得椭圆截面截卵形刚性弹体正贯穿加筋板的剩余速度，根据椭圆截面弹体贯穿靶板的破坏特征，认为贯穿过程中靶板的能量耗散方式主要为塞块剪切变形功与塞块动能、扩孔塑性变形功、花瓣动力功、花瓣弯曲变形功、靶板整体凹陷变形功、加强筋侧向凹陷变形功。推导了每种能量计算方法，计算中定量考虑了靶板扩孔、花瓣弯曲、凹陷变形的应变率效应。根据能量守恒关系，得到了椭圆截面弹体剩余速度和弹道极限速度预测公式。并通过实验结果对模型进行了验证。结果表明:考虑靶板应变硬化、应变率效应的贯穿模型可以准确预测弹体剩余速度；随着椭圆截面弹体长短轴之比的增大，靶板的弹道极限速度近似线性增大；长短轴之比小于3时，加筋板的主要耗能为花瓣弯曲变形能、整体凹陷变形能。     

基于荷载时程分析法的钢板混凝土结构墙的抗冲击性能敏感性分析

选取由表面钢板、拉结筋、剪力钉及混凝土组成的钢板混凝土结构墙为研究对象,运用经典显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,基于荷载时程分析法进行了一系列影响钢板混凝土结构墙抗冲击性能的参数敏感性分析。这些参数包括:墙体厚度、钢板厚度、拉结筋直径与间距等。分析结果表明,以上参数均会影响墙体的抗冲击性能,尤其是墙体与钢板的厚度以及拉结筋的间距。本文的研究工作对于核电厂核岛厂房钢板混凝土结构外墙的设计具有一定的指导与参考意义。     

基于ANSYS/LS-DYNA的钢板混凝土墙冲击实验的有限元分析

运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了1/7.5缩尺飞机模型撞击钢板混凝土墙的冲击实验。选用两种不同的混凝土材料本构模型(Winfrith模型、CSCM模型)模拟混凝土的非线性破坏过程,将钢板混凝土墙的破坏模式以及飞机模型的残余速度等与实验结果进行了对比。结果表明,有限元分析结果与实验吻合较好,且Winfrith材料模型能够更好地模拟混凝土的大应变、高应变率的非线性性能,验证了钢板混凝土墙和飞机材料本构模型的选取以及整个分析方法的适用性和有效性。     

弹体侵彻厚混凝土靶迎弹面成坑效应

为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应，总结了侵彻实验中的成坑现象，分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果；考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响，采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式；基于新型成坑效应计算公式，对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明:无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大；对于钢筋混凝土，成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律；在常见的侵彻速度和质量范围内，成坑角为15°～24°，质量对成坑角影响较小；迎弹面成坑耗能占弹体总动能的10%～25%，且配筋率和靶板强度对成坑耗能比例的影响较小；弹体质量越小，成坑阶段耗能占比越大。新型成坑效应计算公式对成坑深度、直径和角度的计算结果与实验数据吻合较好，可为侵彻弹体设计和工程防护提供参考。     

刚性平头弹正侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型

本文基于素混凝土侵彻理论，将钢筋混凝土中钢筋的失效模式简化为弯曲剪切失效后，建立了刚性平头弹侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型，侵彻深度的计算结果与Young公式吻合良好，表明本文提出的理论模型可较为合理地预测侵彻深度。进一步分析了不同着靶点的位置对弹体侵彻的影响，结果表明:当弹体直径与钢筋网眼尺寸的比值小于1时，弹体撞击到网眼中心处侵彻深度最大；当弹体直径与网眼尺寸的比值大于1时，最不利着靶点位置视其比值而定。最后，基于防护角度的最不利工况，建立了侵彻深度的工程计算公式。     

筒状弹体垂直侵彻钢筋混凝土墙的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA软件,对钢筋混凝土墙在受到筒状弹体侵彻撞击、钢筋约束力,及壁面摩擦力等综合作用下的力学效应进行了数值模拟,展现了弹体冲击作用下,钢筋混凝土靶体破碎、飞溅成坑、墙体整体滑移和背面层裂等现象,计算结果与试验宏观破坏现象吻合良好,说明材料模型和参数正确,模拟方法可行.     

数值建模时骨料对混凝土侵彻及毁伤问题的影响

采用二维拉格朗日弹塑性流体力学有限元程序LTZ-2D分析了含骨料混凝土的数值建模对混凝 土侵彻及毁伤问题的影响。对比等效混凝土,在混凝土骨料尺寸相对弹体尺寸较小的情况下,对于薄靶侵彻, 低速撞击时骨料对弹体有阻碍作用,而速度较高时,由于靶板背面毁伤面积增大的原因,弹体的剩余速度增 大;对于厚靶侵彻,含骨料混凝土的数值建模对弹体的侵彻过程影响不大。     

飞机模型高速撞击钢筋混凝土载荷特性实验研究

为得到大型商用飞机撞击的冲击载荷特性及其计算方法,基于火箭橇加载试验平台,搭建了飞机模型撞击钢筋混凝土运动靶体测试系统,开展了两种不同尺寸飞机模型的撞击试验,利用高速摄影技术获得了飞机模型撞靶前的姿态、着速及飞机模型撞靶的破坏过程。采用加速度测试系统和激光干涉测速系统,分别得到撞击过程中运动靶体的加速度和速度历史,据此得到靶体受到的冲击载荷-时间曲线,二者吻合,验证了测试系统的可靠性。通过飞机模型上安装的机载存储过载测试系统,获得了撞击过程中飞机模型的负加速度-时间曲线,由此确定了修正的Riera理论模型中的静载荷项,并进一步计算得到靶体受到的冲击载荷-时间曲线,与通过测试靶体的加速度或速度得到的结果一致,验证了使用修正的Riera理论模型计算飞机模型冲击载荷的合理性及计算方法的正确性,同时确定了适合于本试验中飞机模型的修正系数α。     

高速破片撞击充液容器时容器壁面的损伤

为研究高速破片（钨球）撞击充液容器（贯穿前后壁面）时容器壁面的毁伤情况，利用ANSYS/LS-DYNA对该过程进行了数值模拟，分析了破片撞击动能对充液容器前后壁面毁伤程度的影响，并进行实验验证。结果表明:高速破片撞击充液容器形成的液压水锤对充液容器前后壁面的破坏程度可分为3个等级，即前后壁面均未出现裂纹、前壁面没有出现裂纹后壁面出现裂纹和前后壁面均出现裂纹且后壁面呈花瓣式开裂；破片撞击充液容器过程中，前后壁面的最大变形量和前后壁面的裂纹总数随破片撞击动能的增加而增大。     

Unified proof to oscillation property of discrete beam

The oscillation property （OP） is a fundamental and important qualitative property for the vibrations of single span one-dimensional continuums such as strings, bars, torsion bars, and Euler beams. Any properly discretized continuum model should keep the OP. In literatures, the OP of discrete beam models is discussed essentially by means of matrix factorization. The discussion is model-specific and boundary-condition- specific. Besides, matrix factorization is difficult in handling finite element （FE） models of beams. In this paper, according to a sufficient condition for the OP, a new approach to discuss the property is proposed. The local criteria on discrete displacements rather than global matrix factorizations are given to verify the OP. Based on the proposed approach, known results such as the OP for the 2-node FE beams via the Heilinger- Reissener principle （HR-FE beams） as well as the 5-point finite difference （FD） beams are verified. New results on the OP for the 2-node PE-FE beams and the FE Timoshenko beams with small slenderness are given. Through a simple manipulation, the qualitative property of discrete multibearing beams can also be discussed by the proposed approach.     

弹体对混凝土介质侵彻、贯穿的比例换算关系

根据介质抗侵彻的变形和破坏模型,从近区应力与变形状态实际出发,利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的连续运动规律,推得了介质近区运动学的关系式,从而得到了作用在弹体表面的应力表达式。通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,揭示了侵彻与贯穿问题的比例尺度关系的规律,给出了具有宽广范围的侵彻计算公式,并通过与现有经验公式计算结果的对比验证了该公式的可靠性。     

DENTING AND FAILURE OF LIQUID-FILLED TUBES UNDER LATERAL IMPACT

In this paper, numerical simulation of impact cases of liquid-filled tube impacted by missiles is conducted with a commercial finite element code LS-DYNA, and the results obtained are compared with the experimental data to verify the validity of the numerical simulation model adopted. With the verified numerical method, the processes of dynamic response of a blunt indenter impacting an empty or liquid-filled three-span continuous tubular beam are studied when the parameter such as the indenter’s mass, liquid’s density or impact velocity is varied and the other conditions are kept the same. The simulation results indicate that the critical perforation energy and the deformation of the wall of the pipe are significantly influenced by the presence of the liquid and the pressure. The liquid filling the tube provides a ‘foundation’ pressure to resist and localize the deformation, which may affect the perforation process and lead to a reduction of the ballistic limit. The simulation results also indicate that the increase of the fluid density filled in the tube will decrease the ballistic limit, but the fluid density must be in some scope. The relationship between the ballistic limit velocity of the tube and the mass of the impact missile is nonlinear in the Cartesian coordinate while it becomes linear through logarithmic transformation.     

刚性尖头弹垂直撞击金属厚靶板极限速度分析

研究了刚性尖头弹垂直撞击金属厚靶板扩孔冲塞型和延性扩孔型穿孔模式,提出分析最小穿透能量的两阶段工程模型．应用功能原理和圆柱形空腔膨胀理论得到第一阶段侵彻扩孔耗能．考虑靶板背面自由边界的影响,应用Taylor扩孔理论计算延性扩孔型穿孔第二阶段耗能;考虑加速塞块和剪断塞块所损耗的能量,由动量和能量原理导出扩孔冲塞型穿孔第二阶段剪切冲塞耗能．由两阶段总的耗能最小确定第一阶段的侵彻深度,从而得到最小穿透能量的解析解．与铝合金和装甲钢靶板弹道试验数据比较表明,该文两阶段模型的计算结果与试验结果吻合较好。     

厚壁压力管道侧向冲击破坏的实验研究

本文报导了三跨连续压力管道侧向受平头、半球头及锥头弹体冲击破坏的实验研究结果,管的外径为45mm,厚度为3mm,内充液体压力分别为0MPa,5MPa,10MPa,15MPa和20MPa五级,获得了不同工况下的临界破坏速度及相应的破坏模式,实验过程中测量并记录了圆管的变形、冲击力时程曲线。实验结果表明,内充介质的存在降低了临界破坏能量,同时临界破坏能量随内充介质压力的增加而减小。     

锥头弹丸低速撞击下薄金属靶板的穿透

假定薄金属靶板的变形可分为局部变形和整体变形,在此基础上建立了一个新的分析模型,对固支薄金属靶板的低速穿透进行评估.靶板的局部变形分析通过准静态柱形空穴膨胀理论结合靶板的自由表面效应修正函数,给出了靶板对弹丸的阻力表达式,然后计算出局部变形耗能;整体变形分析采用了Wen-Jones模型的近似准静态方法,通过载荷-位移关系和虚功原理计算整体变形耗能.推出了锥头弹丸穿透金属靶板的耗能公式和弹道极限公式.模型预测结果与实验数据进行了比较,发现二者吻合得较好.