弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

接触爆炸作用下板的塑性变形分析与实验

为了研究接触爆炸作用下板的塑性变形的塑性区范围和最大塑性变形量的计算,利用能量理论处理爆炸荷载作用下的板最大变形量的计算问题,利用固体介质应力波理论分析板塑性变形范围的计算问题.推导出接触爆炸作用下线性硬化材料板的最大变形量计算式和塑性变形范围的计算式.实验验证了接触爆炸作用下板的塑性变形范围和最大塑性变形量的计算公式的可靠性.实验结果和计算分析结果比较吻合.     

条形不耦合平面布药技术在硐室爆破中的应用

为了研究条形药包硐室爆破在复杂环境下的应用问题,首先分析了条形药包的作用机理,根据已有硐室爆破平面药包布设的半理论丰经验公式,建立了条形药包平面布设数学模型。并通过工程实例将条形药包布设理论运用于平面布药实践,缩短了平面布设条形药包的设计周期。研究表明,在山体爆破中采用条形不耦合平面布药技术能显著提高有效松动率,降低大块率,减少二次爆破量。同时也减小了爆破振动对周边环境的破坏影响。     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

将壁厚为2.75mm、外径为100mm的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明：非接触爆炸条件下,壳壁迎爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确定了壳壁发生破裂的临界装药距离。

     

爆破地震信号的分形盒维数值分析

在岩石场地进行了单段深孔爆破试验,获得了具有该场地特征的爆破地震波传播规律。从理论上推导了爆破地震波振动强度衰减系数K和与分形盒维数D以及盒维数计算中-lg(k) lgNk的双对数拟合直线方程参数b的关系。采用了适用于爆破地震波曲线双尺度特征的矩形盒模型计算了爆破地震波的盒维数D。数据分析表明:在同一场地条件下,爆破地震波的盒维数比较稳定,且爆破地震波振动强度的场地衰减指数与D为两倍的关系;药量和距离对盒维数拟合直线方程参数b的影响明显,且其关系与场地衰减指数对爆破地震波峰值强度的作用相近。通过数据分析,获得了参数b与爆破地震波振动峰值A的关系式:b=0.689lgA+3.0669,其相关系数为0.93。     

钢纤维混凝土压力与体积应变关系的分形计算方法

为研究钢纤维混凝土在压力作用下与体积应变之间的关系,采用分形理论中的分形插值方法,对压力-应变关系进行了计算,导出了压力与体积应变关系曲线的迭代函数系统IFS(iterated function system).结合钢纤维混凝土材料的试验数据,计算了3种钢纤维混凝土材料与素混凝土的IFS的参数,得出了IFS的吸引子,即最终迭代得到的压力与体积应变关系曲线.试验中所有数据点均落在该曲线上,能够更为真实地反映压力与体积应变的关系.     

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程.分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较.结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况.     

含能材料药型罩的爆炸成型及毁伤作用

为了研究由含能材料制备的药型罩爆炸成型过程及其对目标靶的终点效应,设计了球缺形药型罩的装药结构,放置与药型罩曲率相同的缓冲垫在药型罩和主装药之间,运用高速摄影系统拍摄含能材料药型罩的成型过程。实验结果表明,含能材料药型罩在爆炸作用下能够形成弹丸,弹丸速度2km/s左右。含能弹丸穿透20mm厚的装甲钢靶后反应加剧,形成大量的气体。侵彻过程含动能和化学反应的综合作用,穿孔有明显的烧蚀现象,穿孔口径0.5 D,最大穿深1.4 D。利用含能材料制备成药型罩可以实现炸药的直接驱动,这可为含能材料战斗部的工程应用提供参考。

     

钢纤维混凝土抗侵彻与贯穿特性的实验研究

为考察素混凝土及钢纤维混凝土（钢纤维为平直型与端钩型,体积分数0.01~0.05）抗侵彻贯穿特性,采用12.7 mm弹道炮-测速靶系统开展了初速297~848 m/s的弹道冲击实验,获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体（板）破坏形态等实验参数,并利用高速摄影系统记录了靶体（板）的动态破坏过程。实验结果的对比表明,靶板的抗侵彻贯穿性能和破坏模式与钢纤维类型及含量密切相关。当钢纤维体积分数为0.05时,端钩型钢纤维混凝土的侵彻深度与相同强度等级素混凝土相比降低约52%,且贯穿破坏后靶板碎片的数量及飞散角度大幅降低,显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗侵彻贯穿方面的适用性。