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卵形弹高速正撞击混凝土靶的损伤特性研究

作　者: 慕忠成
导　师: 张伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 侵彻 变形弹 刚性弹 过载 钢纤维混凝土 质量侵蚀
分类号: O385
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


针对弹体侵彻混凝土问题,以数值和侵彻实验分析为主,经验公式作为辅助工具,利用典型非线性有限元分析软件—AUTODYN和二级轻气炮加速装置,从变形弹体和刚性弹体两方面出发,比较详细地分析和描述了侵彻过程弹体和靶体的损伤和侵彻特性。从侵彻模式的角度出发,针对4340 Steel和S-7 Steel两种弹体材料,对其变形过程进行了数值分析。延性弹在侵彻过程中主要有三种变形为主:泰勒变形,弹头断裂以及弹头出现蘑菇头形状。而脆性弹则主要是以弹头破碎和弹头出现蘑菇头形状为主。进一步通过对弹头断裂处的分析,认为是由绝热剪切带的形成而导致弹头断裂。针对材料强度和失效应变的关系,构建四种虚拟材料,分析表明四种材料对侵彻深度的影响在四种侵彻模式下各不相同。刚性侵彻模式下,结合经验公式和数值分析,对侵彻过程的过载特性进行分析研究。分析结果表明,存在一个临界撞击速度,在临界速度以下,弹体的加速度与撞击速度无关,弹靶之间相互接触。在临界速度以上,加速度是随着撞击速度的增加而增加,弹靶之间也存在空隙。进一步,通过调研典型侵彻实验对所得结论进行论证,表明所得结论具有合理性。利用二级轻气炮加速装置,进行素混凝土和钢纤维混凝土侵彻实验。分析发现在撞击速度相近情况下,加入纤维的靶件弹坑漏斗较素混凝土小,撞击表面裂纹较素混凝土少。但是通过实验表明钢纤维对侵彻深度没有规律性的影响。并且通过两种类型的钢纤维混凝土实验结果比较发现,采用高强超细钢纤维的靶件抵抗弹体侵彻能力明显好于采用普通铣削型钢纤维的靶件。通过统计部分侵彻实验弹体质量损失,针对本文所分析的弹体,得出短杆弹弹体质量侵蚀规律:撞击速度大约在1.0 km/s以下,弹体的质量侵蚀与其初始撞击动能存在线性关系。并根据这种线性关系,得到弹体质量损失撞击速度阀值,在这个阀值以下,弹体可看成没有质量损失。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 弹体侵彻混凝土的历史研究进展  9-10
  1.3 弹体侵彻混凝土研究方法  10-18
    1.3.1 理论分析方法  10-13
    1.3.2 实验经验方法  13-15
    1.3.3 数值模拟方法  15-18
    1.3.4 研究方法发展趋势  18
  1.4 存在的问题  18-19
第2章 变形弹侵彻过程数值分析  19-35
  2.1 侵彻模式介绍  19-20
  2.2 真实材料分析  20-28
    2.2.1 模型框架  20-21
    2.2.2 弹靶损伤过程描述  21-23
    2.2.3 侵彻过程过载特性分析  23-27
    2.2.4 弹头断裂和破碎机理简要分析  27-28
  2.3 虚拟材料分析  28-32
    2.3.1 虚拟材料的构建  28-30
    2.3.2 弹体强度对侵彻深度的影响  30-32
  2.4 弹体几何因素对侵彻深度的影响  32-34
    2.4.1 模型框架  32
    2.4.2 结果分析  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 刚性弹侵彻混凝土过载特性分析  35-49
  3.1 引出问题  35-36
  3.2 数值模拟分析  36-41
    3.2.1 侵彻模型描述  36-37
    3.2.2 计算结果分析  37-40
    3.2.3 摩擦的影响  40-41
  3.3 经验公式分析  41-46
    3.3.1 Forrestal经验公式分析  41-44
    3.3.2 经验公式和模拟结果对比  44-46
  3.4 典型混凝土侵彻实验分析  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章 弹靶损伤侵彻实验研究  49-61
  4.1 靶件制备  49-52
    4.1.1 原材料  49-51
    4.1.2 配合比设计  51-52
    4.1.3 靶件制备  52
  4.2 实验方案  52-56
    4.2.1 实验设置  52-54
    4.2.2 实验概述  54-56
  4.3 靶体损伤分析  56-58
    4.3.1 混凝土材料损伤描述  56-57
    4.3.2 钢纤维的作用  57-58
  4.4 弹体损伤分析  58-59
  4.5 本章小结  59-61
结论  61-63
参考文献  63-68
附录  68-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 爆炸力学 > 穿甲理论
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