弹体垂直侵彻混凝土靶体的柱形空腔膨胀理论分析

采用统一强度理论作为混凝土材料的屈服准则,根据柱形空腔膨胀理论求得了混凝土靶体在弹体垂直侵彻下的空腔膨胀压力和空腔膨胀速度的关系,给出了柱形空腔膨胀条件下卵形弹体侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以400～1100m/s的速度撞击混凝土靶体的侵彻深度,通过和试验结果比较,表明提出的模型具有一定的合理性.进一步研究还表明,统一强度理论参数b、弹体质量和弹头形状对侵彻深度均有影响,b=0时侵彻深度较大,b=1时侵彻深度较小;弹体质量越大或弹头越尖,侵彻深度越大.     

弹体侵入岩体的一种工程计算方法

常规深钻地武器的迅猛发展给防护工程设计带来了新的挑战，需要一种更加合理的弹性侵入岩体的工程计算方法。根据工程岩体分类系统建议岩体的强度理论模型，利用空腔膨胀理论计算弹头侵入岩体时的侵彻阻力，根据牛顿定律确定弹体侵入岩体时的运动方程，提出了弹体侵入岩体的工程计算方法，并对该算法进行了验证和讨论，验算结果与试验数据相吻合。同时，由于引用了岩体构造特征参数，使得弹体侵入岩体的工程计算方法更具有合理性和实用性。     

弹体垂直侵彻岩石的理论近似解

为了得到弹体侵彻岩石局部效应更精确的计算公式,运用空腔膨胀理论和弹塑性-连续介质理论,建立了弹体垂直侵彻岩石的解析模型,得到了侵彻深度理论近似解,揭示了尺度效应不仅与弹体直径有关,而且与材料强度、有效表面能和裂纹数有关,克服了一些传统算法的应用局限性。经过实际验算,与实验数据、经典Yong公式计算结果很接近,能够用于工程实际。     

弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度研究

研究弹体侵彻靶板的开坑深度,有助于提升侵深和过载的计算精度.首先,通过总结对比现有的开坑深度模型以及试验数据的回归分析,建立了考虑弹体质量和初速度的开坑深度模型.然后,以此为基础给出了弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度的计算方法.最后,结合作者早前建立的钢筋混凝土动态球形空腔膨胀理论,利用文献试验数据对开坑深度模型进行了应用对比分析.本文模型考虑了弹体质量、初速度以及首层钢筋网埋设深度等因素的影响,可用于分析不同质量、不同初速度弹体侵彻钢筋混凝土靶的开坑深度.      

弹体垂直侵彻钢筋混凝土数值模拟

详细总结了Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)混凝土模型,采用标准立方体单轴拉伸和单轴压缩数值模拟揭示了模型基本特性,并将该模型用于弹体侵彻钢筋混凝土数值模拟,钢筋混凝土靶板前后表面的层裂破坏和内部断裂破碎现象均得到了较好反映,计算得到的弹体残余速度和实测值吻合较好,数值模拟还表明钢筋作用和混凝土模型相似角对弹体残余速度影响较小.     

高速弹体对混凝土拱形靶体的侵彻效应分析

混凝土拱结构由于其拱形受力特性,在高速弹体作用下其侵彻效应将与混凝土板梁结构存在一定的差异.为分析混凝土拱结构在高速侵彻荷载作用下的动力响应及侵彻效应特性,考虑弹体侵彻高加载率下混凝土的应变率效应,采用SPH-Lagrange耦合方法,建立了弹体高速冲击作用下的侵彻耦合模型,并且验证了该耦合模型对此类问题模拟的可靠性;同时采用该耦合模型研究了混凝土拱形靶体在高速弹体外拱及内拱冲击作用下的贯穿破坏发展过程,并分析了弹体侵入拱形靶体的非贯穿侵彻破坏效应.结果表明:拱效应对混凝土拱形靶体的侵彻破坏过程具有重要的影响;弹体从外拱侵彻引起拱形靶体的动力响应、破碎区深度以及弹体贯穿的残余速度均小于内拱侵彻.     

陶瓷材料抗长杆弹侵彻阻抗研究

为探讨长杆弹侵彻陶瓷靶中的阻抗与侵彻速度关系,基于长杆弹侵彻半无限靶的修正流体动力学模型（Tate 模型）和空腔膨胀理论流体动力学模型,结合文献中已知试验数据,求解了氧化铝和氮化铝陶瓷的Tate模型侵彻阻抗R_t和空腔膨胀模型侵彻阻抗R_c. 结果表明在1 500~3 500 m/s速度范围内,氧化铝陶瓷的R_t随速度的增加而缓慢降低,氮化铝的R_t基本为恒值;在3 600~4 500 m/s速度范围内,氮化铝陶瓷的R_t随速度的增加反而增加,可能是侵彻速率超过裂纹传播最终速率所导致;两种陶瓷的R_c都随速度的增加而减小,接近流体动力学极限时R_c值非常小,表明该模型不适合于超高速侵彻. 采用平均阻抗计算的侵彻深度结果表明平均阻抗可以用于侵彻深度计算.      

钢筋混凝土靶体抗弹体斜侵彻试验分析

为研究斜侵彻钢筋混凝土靶体的破坏特征并分析靶体中钢筋的作用,利用直径57 mm的弹体对3个钢筋混凝土靶体进行相同倾角的斜侵彻试验,得到着靶速度及对应的侵彻深度、弹坑范围等试验参数,结合试验分析了靶体中钢筋的作用。试验表明：钢筋网使内部混凝土的破坏得到有效抑制,整体抗拉作用明显,钢筋网整体作用类似于膜力。将靶体中钢筋网等效为一定厚板的钢板层,按照分层介质计算方法,得出了钢筋混凝土斜侵彻深度计算公式,解决了现有公式不能反映靶体中钢筋作用的不足。计算结果与数值模拟结果及经验公式计算结果进行了比较,吻合较好,验证了其有效性。     

人工神经网络在弹体侵彻混凝土深度中的应用

针对弹体对混凝土材料侵彻深度问题,通过量纲分析和神经网络理论,建立了弹体侵彻深度h网络输出量与弹体长度lp、弹的长径比 lp/d、弹体形状系数ψ、弹体与混凝土的比强度σyt/σyp、弹体与混凝土的密度比ρp/ρt等13个网络输入量之间的非线性映射关系。并采用 RBF网络模型,通过Forrestal等文献的试验样本对网络模型训练,获得了弹体对混凝土材料侵彻深度的网络模型,输出结果满意。     

椭圆截面弹体侵彻混凝土阻力特性研究

为研究椭圆截面异构型弹体侵彻混凝土过程中的弹体头部受力特性,开展圆形及等截面积不同长短轴之比的椭圆截面弹体侵彻混凝土过程数值模拟计算,对不同弹体侵彻过程中头部表面所受法向应力与法向速度关系进行了分析.获得了不同长短轴之比情况下的椭圆截面弹体头部表面所受法向应力与法向侵彻速度、单元所在位置角度之间的关系表达式,并进一步得到了椭圆截面弹体侵深计算公式.结果表明:与等截面积的圆形截面弹体相比,在相同法向速度情况下,椭圆截面弹体表面所受法向应力大小随着头部表面单元位置到椭圆中心距离的增大而增大;在侵彻速度相同时,弹体侵深随着截面长短轴之比的增大而增大.      

陶瓷复合靶板抗长杆弹侵彻的数值模拟分析

采用LS-DYNA非线性有限元程序对长杆弹垂直入射陶瓷/金属靶板的侵彻过程进行了数值模拟分析.重点研究了弹体入射速度在600~1400 m/s情况下,陶瓷面板侧向约束的影响,发现侧向约束板存在最佳厚度,此时靶板的防护系数最高.     

考虑材料剪胀及软化的扩孔问题的统一解

基于统一强度理论，考虑孔周岩土材料的软化特性、剪胀特征，详细推导了柱形孔扩孔问题的统一解公式，并给出了临界扩孔压力及扩孔压力与孔周岩土体所处状态的关系，导出了孔周岩土体内应力、位移等的解析公式。通过实例分析认为，在给定软化模型下，临界扩孔压力及塑性软化区半径随剪胀性的增大而增大；在一定剪胀程度下，临界扩孔压力随软化程度的减小而增大；在一定剪胀及软化程度下，临界扩孔压力随材料参数b值的增大而增大。讨论了软化、剪胀及强度模型对扩孔压力及孔周岩土体内应力场和位移场的影响，认为剪胀性对孔周应力场的影响不大，孔壁位移随剪胀性的增大而减小；软化性对孔周应力场和位移场的影响较复杂；不同强度模型对孔周位移场及孔壁位移影响不大，但对扩孔压力影响较大。     

刚性弹丸对花岗岩垂直侵彻的理论分析

为研究花岗岩的侵彻机理,应用球形动态空腔膨胀理论对其进行建模.根据花岗岩具有高强度和粘滞性的特点,引入粉碎区动态抗压强度变量,改进了球形空腔膨胀压力的理论模型.通过分析动摩擦力对侵彻深度的影响,得到刚性弹丸垂直侵彻花岗岩时的阻力和深度计算公式.理论计算预估值与试验结果较一致,证明了模型的有效性.     

硐室形变围岩压力弹塑性分析的统一解

基于统一强度理论 ,推导得出了硐室形变围岩压力的统一解 ,可以广泛适用于岩土类材料 ,修正的芬纳公式为其特例。当不同程度地考虑σ2 的影响时 ,可得出一系列的围岩压力和塑性松动圈半径 ,根据岩石力学性质试验结果和实际工程情况 ,合理确定统一强度理论参数 b,可正确地确定围岩压力的大小 ,从而合理地选择支护结构。由计算结果得出 ,取不同的 b值对塑性圈半径影响不大 ,但对围岩压力影响较大。     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论分析

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的Mo-hr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用A-T模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.     

炼钢转炉顶吹气体射流对熔池的穿透行为

在转炉吹炼过程中顶吹气体射流冲击液面形成的冲击坑对于熔池的成渣速率和冶炼效率有较大影响,是冶炼过程中的重要动力学参数。以1/10氧气顶吹转炉为对象进行了水模型实验,研究了枪位、顶吹气量对射流穿透行为的影响;基于实验与理论分析,讨论了液相表面张力对穿透深度的影响机理;通过引入用于冲击坑形成的射流冲击动能利用指数,建立了更为精确的穿透深度分析模型。研究结果表明:穿透深度随枪位的降低、顶吹气量的增大而增大,冲击直径随枪位的提高而增大但受顶吹气量的影响较小;液相表面张力对穿透深度的影响随着表面张力的增大而加强,随着穿透深度的增大影响更为显著;能量利用指数随着枪位的提高而增大,并基于实验得到了其与枪位的定量关系。     

考虑含水率干密度的土壤动态球形空腔膨胀理论

为研究土壤含水率、干密度对弹体侵彻阻力的影响,通过引入含水率及干密度对土壤摩尔-库伦屈服条件进行修正,完成材料的动态球形空腔膨胀理论推导,获得考虑含水率及干密度的靶体阻力函数. 在此基础上对文献中的实验进行计算,并与实验数据及其他经验公式计算结果进行对比和分析. 结果表明,侵彻过程中材料空腔表面径向应力会随着含水率的增加而降低,随干密度的增加而增高;与经验公式及其他模型计算结果相比,考虑含水率干密度的计算模型具有更好的预测精度,可用于低速侵彻土壤的侵深计算.      

基于统一强度准则的柱孔扩张问题及扩孔孔径分析

通过轴对称问题的应变协调方程,利用统一强度准则和相关联流动法则分析了柱孔扩张问题.利用柱孔扩张问题的基本位移公式和塑性区孔口位移条件,推导了柱孔初始半径a0、扩孔半径a和对应的孔压p三者的理论关系式.通过此关系式和塑性区半径相关公式求得柱孔扩张问题的塑性区半径rp,进而求出相关扩孔问题的应力场、应变场和位移场.探讨了统一强度理论和土体的参数问题,并且通过算例分析,对柱孔扩张问题中的应力场和位移场的分布规律、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行了分析.