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。     

复合材料层板的抗贯穿机理与模拟研究

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系, 通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板 贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及SEM 电镜分析等手段研究了复合材料层板的抗贯穿破 坏耗能模式。实验结果显示,高速冲击下层板抗贯穿吸能与入射速度成正比;高速侵彻过程是复合材料层板 高应变率变形的动态过程,高应变率动态力学行为对复合层板抗贯穿吸能特性影响显著;冲击波在层板中的 传播特性决定了不同破坏模式阶段的划分以及损伤区域的范围。基于复合层板高速贯穿下的动力学瞬态分 析,建立了复合层板抗高速侵彻吸能的两阶段动态破坏模型,模型计算值与实验值符合良好。研究结果表明, 应变率效应与惯性效应在复合材料层板抗侵彻性能分析中是不可忽视的2个关键因素。     

三向Kevlar编织纤维材料抗弹性能实验研究

通过对三向Kevlar纤维增强（3DKW）复合材料的系列抗弹实验,研究了不同厚度靶的抗弹性能。通过“跨界速度区”方法直接测定了靶材的弹道极限V50值;在分析完全贯穿区实验数据的基础上,对靶材抗标准模拟钢球弹的贯穿耗能E和靶板面密度Fp的关系进行了总结,求得了材料单位面密度的耗能因子λ,并对靶材的弹道极限速度V50的值进行了预估;提出了一种改进的能量分析工程模型,以该模型和完全贯穿实验数据为基础,得到了靶材的弹道极限V50值。本文对V50值的预测与实验结果良好符合。     

靶板厚度对卵形弹丸垂直贯穿中等厚度混凝土靶的影响

为研究卵形弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿规律,开展直径60 mm尖卵形弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的侵彻实验,获得了不同撞击速度的弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的剩余速度规律。结合无网格SPH方法、RHT混凝土本构以及状态方程,对贯穿实验进行数值模拟,对不同工况下的弹丸过载规律以及靶体的损伤过程的分析发现:弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿过程分为开坑阶段、隧道稳定侵彻阶段以及靶背影响出靶阶段,在相同初始撞击速度下的靶背影响区的厚度随着靶体厚度的增加而增大。实验结果与数值模拟结果对比,表明模型能够有效模拟弹丸贯穿混凝介质问题,研究结果可为贯穿机理的研究提供参考。     

反应堆贯穿件J形焊缝残余应力研究

焊接残余应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因,准确地掌握残余应力的分布是对结构完整性评定的关键.为了探明反应堆压力容器顶盖控制棒驱动机构(control rod drive mechanism,CRDM)贯穿件J形焊缝残余应力的分布,本研究加工两个CRDM贯穿件实验模拟件,采用盲孔法测试两个J形接头的焊接残余应力.通过实验探明了CRDM贯穿件焊缝残余应力的分布规律,为反应堆压力容器结构完整性的研究提供必要参考.     

反应堆贯穿件J形焊缝残余应力研究1）

焊接残余应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因,准确地掌握残余应力的分布是对结构完整性评定的关键.为了探明反应堆压力容器顶盖控制棒驱动机构（control rod drive mechanism,CRDM）贯穿件J形焊缝残余应力的分布,本研究加工两个CRDM贯穿件实验模拟件,采用盲孔法测试两个J形接头的焊接残余应力.通过实验探明了CRDM贯穿件焊缝残余应力的分布规律,为反应堆压力容器结构完整性的研究提供必要参考.     

刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型

为描述刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体姿态变化,针对已有贯穿模型存在的问题,在斜侵彻贯穿过程中考虑了弹体转动惯量对姿态偏转的影响,根据弹体贯穿靶板后的成孔特性重新假设了背靶面崩落块形状,并在弹体贯穿出靶的剪切冲塞阶段引入了弹体姿态二次偏转机制,从而建立了刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型,同时给出了混凝土薄靶、中厚靶和厚靶的分类方法。多种侵彻状态的理论模型计算结果均与实验测量结果吻合较好,表明本文理论模型可有效预估弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体出靶姿态。     

钨球对高硬度钢斜侵彻效应

为研究高硬度钢板抗不同着角钨球的侵彻性能及破坏模式,通过弹道枪进行了?8 mm、?11 mm钨合金球形破片以0°、20°、40°着角撞击厚度为6 mm、8 mm的高硬度钢板试验,得到了极限贯穿速度v₅₀;分析了钨球轴向径向变形及靶板失效模式与撞击速度的关系,发现高硬度钢板失效模式主要为压缩开坑破坏和沿厚度方向剪切破坏。采用有限元方法对试验进行了模拟,验证了数值模型及参数的合理性,并运用数值模拟方法研究了撞击着角对靶板吸能模式影响,结合试验数据,修正已有极限贯穿速度计算公式。结果表明:随侵彻着角增大,极限贯穿速度提高,且着角越大,极限贯穿速度增长越快;随着角增大,靶板吸能模式逐渐由压缩开坑向剪切冲塞过渡,且着角大于50°时,剪切冲塞耗能将超过压缩开坑耗能;修正后极限贯穿速度计算公式适用范围更广、精度更高,具有较好工程应用价值。     

运用极限荷载法研究钢筋混凝土板低速侵彻效应

基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论,获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上,基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线,并提出了震塌与贯穿的临界条件,通过与实验结果、UMIST公式及古比雪夫的对比,验证了本文方法在钢筋混凝土板低速撞击问题中的适用性,分析了弹头形状、冲击因子和钢筋阻力系数等参数对临界震塌(贯穿)厚度的影响。     

弹体侵彻与贯穿有限厚度混凝土靶体的力学特性

为了便于研究弹体贯穿混凝土靶体的力学本质,首先假设钻地弹是刚性弹体。在水动力侵彻模型的基础上,认为在弹体的冲击下,靶体裂缝扩展到靶体背面时就开始不稳定增长。将此时刻作为贯穿的发生时刻,据此利用裂缝增长的耗能机制求得了发生贯穿时,裂缝距靶体背面的临界距离。在求解贯穿发生后的侵彻阻抗力时考虑了由于靶体背面贯穿块的运动而造成的弹体相对速度的降低。计算表明,弹体端部侵入靶体与贯穿发生后2阶段弹体的减加速度变化剧烈,而弹体端部完全进入靶体后至发生贯穿阶段,弹体的减加速度变化相对较小。将计算结果与前人实验做了对比,验证了结果的可信性。 更多还原     

Real-time numerical calculation for penetration depth of projectiles into concrete targets

Based on the acceleration data measured by penetration experiments with ogive-nose projectiles into semi-infinite concrete targets, a fuzzy method which can calculate the real-time penetration depth was developed. In the proposed method, the whole process of penetration was divided into three stages according to the instantaneous velocity, and each stage was described by different models. By judging the calculation error, threshold velocities between stages were automatically determined. Meanwhile, the striking velocity of the penetration process was calculated using the acceleration in whole trajectory. The calculated values by model are in reasonably good agreement with the measured data from experiments.     

船舶应急抛锚计算方法研究

应用常规经验公式和有限元CEL大变形计算方法,结合抛锚试验,研究了上海LNG管道项目北港5 wt级船舶8.3 t船锚、南港40 wt级船舶18.80 t船锚在BSZ111等多个钻孔点的应急抛锚贯入深度情况,其中CEL方法还考虑了正面贯入、窄面斜向贯入和宽面斜向贯入情况．公式法计算的应急抛锚最大贯入深度北港为2.60 m,南港为3.13 m,而有限元CEL大变形计算方法得出北港为2.86 m,南港为5.24 m．结果表明：CEL方法计算所得窄边(60°)贯入深度普遍大于经验公式计算所得值,说明横截面积的变化是影响贯入深度计算的重要因素．公式法的结果受到土壤系数恒定不变因素的限制,无法考虑贯入过程中土壤的竖向和横向刚度的变化,结果相对偏小,而CEL法可考虑多层土壤刚度以及土壤刚度随土层变形增加后的折减,计算过程更为客观,结果偏于安全考虑,适合作为设计依据．所以,对土层组成相对单一时可采用公式法,而对土层组成多变的复杂情况,建议采用更加客观和安全的CEL方法．     

非线性侵彻动力过程的再生核质点法

通过在再生核质点法中引入Johnson-Cook本构方程及损伤模型,并利用新型的滑移面算法及配 点法解决再生核质点法中的接触面和质点滑移问题,方便实现边界条件和计算过程中质点速度调整。通过侵 彻过程再生核质点法研究,实现了弹丸侵彻靶板过程的模拟分析,避免了有限元法中单元严重变形和破坏过 程的网格重构困难,提高了分析精度和计算速度,可方便模拟侵彻的大变形和高应变率现象。     

侵彻过载实测数据的滤波及弹体侵彻刚体过载的确定

研究了对实测侵彻过载数据进行低通滤波以确定侵彻刚体过载的方法,提出了临界截止频率的概念,确定了临界截止频率和相对应的刚体过载。由此方法确定的最大刚体过载值与半经验方法预示的最大刚体过载值符合较好。     

三维自适应FE-SPH耦合算法在多层间隔金属靶侵彻问题中的应用

鉴于有限元算法不能有效地模拟侵彻过程所产生的金属碎片, 本文中基于三维自适应FE-SPH耦合算法的基本理论, 自主开发了模拟多层间隔金属靶侵彻问题的三维FE-SPH耦合计算程序。该程序采用四面体单元对多层间隔金属靶侵彻模型进行初始离散, 计算过程中, 当四面体单元等效塑性应变超过某一设定值时, 单元自动转化为SPH粒子, 并引入有限单元-粒子接触算法和耦合算法, 实现大变形和破碎区域采用SPH方法计算, 克服有限元法单元畸变存在的问题。多层间隔靶侵彻算例分析表明, 三维FE-SPH耦合计算程序采用等效塑性应变作为转化判据计算结果较稳定, 并且能够有效地再现侵彻过程中所产生的碎片, 能够模拟侵彻碎片对后层靶的毁伤效应。     

Method of calculating the resistance force upon an impact on a composite target

A kinematically possible velocity field allowing calculation of all the necessary integrals in quadratures and obtaining an analytical solution for the resistance force induced by impactor penetration into the target is constructed. The Saint-Venant model of a rigid-plastic body and the theorem on the upper bound of the limit load are used in solving the problem. The essence of the method applied is using the equilibrium equation in the form of the Lagrange equation. The kinematically possible velocity field allows obtaining an upper bound of the limit load, i.e., estimating the resistance force to impactor penetration.     

弹体侵彻深度计算公式对比研究

讨论了目前应用较广的弹体对混凝土侵彻深度计算公式,并与试验结果进行对比,分析各经验公式及理论公式的计算误差。     

带水墙靶板对高速破片侵彻能力影响规律

针对大当量成型弹药破片毁伤威力试验风险系数大、试验效能低的问题,提出采用带水墙靶板的方式对破片毁伤参数进行测定的新方法。应用动力学模拟软件AUTODYN,对破片侵彻带水墙靶板及无水墙靶板的过程进行了有限元数值模拟,分析了水墙厚度和破片入射角度对破片侵彻能力的影响规律,通过实弹试验的方式对带水墙靶板的实用效果进行了验证。计算结果表明,带水墙靶板相比无水墙靶板,能够大大降低破片的侵彻能力,同时与实弹试验效果也能较好吻合,说明在实际试验中使用带水墙靶板收集破片毁伤参数的方法是可行的。     

考虑尺寸效应的典型钻地弹侵彻混凝土深度分析

准确评估精确制导武器的侵彻深度可为防护工程设计提供重要参考。已有研究工作大多集中于中、小口径弹体和普通强度混凝土靶体,且由于尺寸效应的影响使得现有计算方法对预测大口径典型钻地弹侵彻深度的适用性值得商榷。首先,综合分析了已有弹体侵彻试验数据,发现引起侵彻深度尺寸效应的主要原因是混凝土粗骨料粒径未随弹体尺寸进行同比缩放;其次,开展了5发100.0和203.0 mm口径缩比钻地弹侵彻C40和C100混凝土的试验和数值模拟分析,提出并验证了大口径弹体侵彻混凝土深度的实用化有限元计算方法;然后,确定了美军5种典型钻地弹在不同侵彻速度（100~600 m/s）下对上述2种强度混凝土靶体的侵彻深度,并对现有7种计算公式的适用性进行了评估;最后,基于已有大量试验数据拟合确定了侵彻深度随混凝土强度的衰减规律,并计算得到340 m/s侵彻速度下5种典型钻地弹对C40~C200混凝土的侵彻深度。