弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟
高速弹体冲击侵彻混凝土靶数值模拟分析
高速弹体冲击侵彻混凝土靶数值模拟分析摘 要： 采用有限元程序LS-DYNA 对高速弹体侵彻混凝土靶进行了数值仿真研究，根据Hamilton 原理和有限元理论建立了由弹塑性动力学控制方程。
结果表明：接触冲击算法能较为真实反映高速弹体对混凝土靶的侵彻过程；不同速度及弹头长径比不同的弹体对混凝土靶的侵彻深度有较大影响；通过与经验公式的验算结果对比进行误差分析，证明数值分析所得结果可靠。
基于HJC 材料模型的损伤分析可以提取出靶体单元的损伤情况。
研究结果对我国高速弹体对混凝土靶体的侵彻设计具有重要参考价值。
关键词：哈密尔顿原理;动力学控制方程;侵彻；经验公式；损伤Numerical simulation of High-velocity projectilepenetrating concrete targetsAbstract:LS-DYNA finite element software was applied to simulate the concrete target penetrated by High-velocity rigid projectile ，According to Hamilton principle and finite element theory, the dynamical governing equation of non-conservative system consist of elastic-plastic material was built. The result show that: the process of High-velocity projectile penetrating concrete targets can be well demonstrated by the contact impact algorithm . The velocity and the Hr/d ratio of projectile significant effect penetrating depth ;there were a contrast between the results from the formulas and the result from Numerical simulation , prove the Numerical simulation are reliable .based on the Johnson-Holmquist-concrete constitutive relations and damage model ,concrete element damage can obtained. The simulation result provide some reference for the design of projectiles and targets.Key words :Hamilton principle ; dynamical governing equation ; penetration ;emprical formula ;damage1 引言高速弹体在军事上有着广泛的应用，它能够钻入地下，贯穿防护工事，进入目标内部发生爆炸。
弹体侵彻混凝土数值模拟失效指标研究
混凝土作为防护结构的常用材料 ,它的抗侵彻性 能自从二战以来一直为国际上的研究热点 ,以往的研 究大多基于试验结果寻找分析简化模型和侵彻深度经 验公式 。在最近 10年里 ,随着数值仿真技术的日趋成 熟 ,混凝土目标侵彻数值模拟受到了广泛关注 ,而冲击 混凝土模型的建构则成为是数值模拟的关键 。目前比 较常 见 的 混 凝 土 冲 击 模 型 有 HJC 混 凝 土 模 型 ( Holmquist2Johnson2Cook 模 型 ) [ 1, 2 ] , RHT 模 型 [ 3 ] (R iedel2Thoma2H ierm er模型 ,伪张量模型 [ 2 ]和 K&C 模 型 [ 2, 4 ] (混凝土损伤模型 ) ,脆性损伤模型 [ 2 ] 等等 。而 其中 HJC混凝土模型又因为模型参数相对较少应用时 较为方面 ,以往的工作主要关注模型参数的选取和运 用 [ 5 - 8 ] 。本文在前人研究和运用基础上 ,采用立方体 压缩和拉伸数值模拟揭示 HJC混凝土材料的基本力学 特性 ,并将该模型用于数值模拟 Hanchak侵彻试验 [ 9 ] , 采用不同的失效指标计算弹体残余速度 ,对比试验实 测余速和靶板破坏现象后标定了失效指标影响 。
图 4 三轴压缩模拟应力和应变关系曲线
3 分析实例
对 Hanchak侵彻试验采用 HJC混凝土模型进行数 值模拟 ,钢筋混凝土靶板尺寸为 610 mm ×610 mm ×78 mm ,配有三层正交钢筋 (图 9) ,单根钢筋长度为 143. 7 mm ,钢筋直径为 5. 69 mm ,钢筋网格尺寸为 76. 2 mm × 76. 2 mm。钢弹头 CRH 比率为 3, 弹 体直 径为 25. 4 mm ,弹体材料密度为 8 020 kg /m3 ,弹性模量为 206. 9 GPa,屈服强度为 1. 72 GPa, 弹体采用 Cowper - Sym2 onds[ 10 ]模型计入应变速率影响 ,混凝土材料参数取值 见表 1。
弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟
摘
榕 ， 文 峥 徐
０Ｏ５ ） ３ Ｏ １
（ 北大学化工与环境 学院 ， 原 中 太
要 ： 过 建 立 弹 靶 系 统 ， 析 侵 彻 模 型 及 弹体 内 部 炸 药 所 受 冲 击 载 荷 的动 态 响应 ， 通 分 旨在 揭 示 弹 药 在 侵 彻 混
凝 土 冲 击 环 境 下 的过 载 特 性 ， 而 运 用 ＡＮＳ Ｓ Ｌ 进 Ｙ ／ Ｓ—ＤＹ ＮＡ 模 拟 软 件 ， 用 相 应 的 弹 药 以及 靶 板 数 学 模 型 ・ 采 对 弹 药 侵 彻 一 定 强 度 混凝 土 靶 板 进 行 了仿 真 计 算 ， 别 得 出 了 弹体 与 内 部 炸 药 的 过 载 曲线 。并 将 弹体 的 过 载 分
ｓ ｆｗａ ｅＡＮＳ ／ ０ ｔ ｒ ＹＳ ＬＳ—ＤＹＮＡ．ａ ｏ ｔｎ ｆｔ ｅｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉｇ ａ ｄ ｐｉｇｏ ｈ ０ ｒｓ ｏ ｄｎ ｍｍｕ ｉｉｎ ａ ｄ ｔｒ ｅ ｄ ｌ ｎ ｈ ｒ ｃｓ ｆｔｅａ ｎｔ ｎ ａｇ ｔｍｏ ｅ，ａ ｄｔ ｅｐ ０ ｅ ｓ０ ｈ ｍ— ｏ ｍｕ ｉｏ ｅ ｅｒｔ ｈ ｏ ｃｅｅｗａ ｉ ｌｔｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｔｄ，ｔ ｅｃ ｒ ｅ ｆｐ ｏｅｔｌ ｎ ｘ ｌｓＶ ｒ ｏ ｅ ｐ ｃｉｅ ｎｔ ｎｐ ｎ ｔａｅｔ ｅｃ ｎ ｒｔ ｓｓｍｕａｅ ｎ ｏ ｕｅ ｉ ｈ ｕ ｖ ｓ０ ｒ ｊｃｉ ａ ｄｅ ｐｏ ｉｅｗｅ ｅｇ ｔｒｓ ｅ ｔＶ — ｅ
Ａｂ ｔ ｔＢ ｕ１ｉｇ ｔ ｅｓｒ ｃｕ ｅｏ ｒｊｃＩ ｎ ａｇ ｔ ｈ ｅ ｅｒｔ ｎｍｏ ｅ ｎ ｈ ｙ ａ ｃｒｓ ｏ ｓ ｆ ｘ ｌｓＶ ｓＩ ： ｙ ｂ ． ｎ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｆｐ ０ｅ ｔ ｅａ ｄｔ ｒ ｅ ．ｔ ｅｐ ｎ ｔａｉ ｄ ｌａ ｄ ｔｅｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ０ ｐ０ ｉｅ ｃ ｄ ｌ ０ ｅ
弹体侵彻混凝土靶板的数值模型
一
点处 （ 即很小一部分面 积），只能承受和传递力 ；平行粘结 模型发生 在颗粒接触点处的一个有限的圆形 区域 ， 能同时承受力和力矩的作用 ，
离散 元法 除了可 以模拟散体材 料以外 ，也可 以用来模拟复 合材料 莫 氏硬度为 ６ ． ６ ，且弹体冲击靶板中央时未接触到钢筋 ，即弹体侵彻后 和胶结材 料，以其独特的处理 方式 ，可以将多个颗粒在接触 点处通过 的残余速度 受钢筋的影 响很小 ，所 以本文 所建的数值模型也没 有考虑 种特殊 的粘结方式粘结 成一个整体。两种典型 的粘结模 型 ：接触粘 钢 筋的作 用，如 图 ４ 所示 ，混 凝土离散 元模型 中的 颗粒大 小为 ５ ｍ ｍ 结模 型和平行粘结模型 。接触 粘结模型只发生在接触颗粒之 间的接触 １ ０ ａｍ 。 ｒ
内在特性 ，这个模型 默认情况下是处 于激 活状态 （ 除非接触粘结模型 存在） ，该模型不提供 法向拉伸的强度 ，并 允许 两个接触实体在接 触
点处产生 相对滑移 。
图 ３颗粒 Ａ 与颗粒 Ｂ 平行连接
滑动模型是 通过 接触体间最小摩擦系数 定义 的而 成，若 颗粒 间
当粘 结形成时 ， 和 均初始化为零 ，以后在接触处 由位 移增 量和旋转增量引起的弹性力和力矩的增量将迭加在当前值 中。
程度 ，但是无论 是经验公式还是无量纲分析 的理 论模型 ，均将混凝土 材料认为是 均匀连续性介质 ，无参数涉及到 弹体侵 彻混凝土靶板过程
量
中的偏转 问题。随着 目前计算机技术 的快 速发展 ，数值模拟逐渐成 为
了解 决复 杂力学分析 问题的主要手段之 一 ，对于混凝土靶板侵彻 问题 的数值模 拟分析也越来越多 ，同时也取得 了一定的研究成果 ，但大部
１ ３ ０
基于ANSYS-LS-DYNA弹丸侵彻泥土三维数值模拟有限元分析
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 基于ANSYS/LS-DYNA弹丸侵彻泥土三维数值模拟有限元分析摘要本文用SolidWorks 软件和Ansys/LS-DYNA软件对钻地弹侵彻土壤的过程进行三维数值模拟和有限元分析。
具体包括：不同头部形状的弹丸垂直侵彻土壤的运动特性分析；弹丸（以头部形状为60°锥角的弹丸为例）斜侵彻土壤与垂直侵彻土壤运动规律等的比较；压力波传播的分析。
本从钻地弹在当今世界所占的地位开始论述，说明了研究钻地弹的重要性；进而介绍有限元方法的基本原理和求解步骤及本文论述相关的算法和理论基础，主要包括：流固耦合、单点高斯积分、显式积分算法的时间步控制以及弹丸侵彻理论等；最后进行具体的三维数值模拟和有限元分析。
本文对钻地弹的进一步研究可提供参考。
12532关键词ANSYS/LS-DYNA三维数值模拟有限元侵彻土壤压力波1 / 19毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleFinite Element Analysis and 3D Numerical SimulationFor the Earth Penetrating Shell PenetratingSoil Target Based on ANSYS/LS-DYNAAbstractIn this paper, three-dimensional numerical simulation and finite element analysis for the earth penetrating shell penetrating soil target are done by using Solidworks software and Ansys/LS-DYNA software .Including : The movement characteristics of Several types of the earth penetrating shells penetrating verticallysoil target ; comparison of the earth penetrating shell (nose shape ，60 °cone angle)penetrating soil target by different incidence angles ；analysis of pressure-wave emission .This article starts from the important status of the earth penetrating shell shared in today's world，which---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------shows that the importance of the research of the earth penetrating shell；and then , the basic principle and solving steps of the FEM methods are introduced as well as the calculating way and theory of this paper, mainly including : Fluid-structure Interaction、Single-point Gaussian integral、Hourglass pattern 、Hourglass control and penetration theory as well and so on. Finally, the specific three-dimensional numerical simulation and finite element analysis are in progress based on the basic principles and theoretical basis. The article can providereferences for further research of the earth penetrating shell.4.1.2 建立三维模型144.1.3 建立有限元网格模型154.2 生成K文件164.2.2 边界条件和初始速度203 / 194.2.3 流固耦合设臵214.2.4 求解设臵234.3 本章小结235钻地弹侵彻土壤分析245.1 不同头部形状的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性分析245.1.1 锥角的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性分析245.1.2 不同头部形状的钻地弹垂直侵彻土壤时运动特性的比较255.1.3 数值模拟结果与GRDPEN方法所得结果的比较295.2 钻地弹斜侵彻土壤时运动规律和运动特性分析---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 295.2.1斜侵彻土壤时运动规律和运动特性分析29 5.2.2 弹丸垂直侵彻与斜侵彻的比较325.3 压力波的传播33结论40致谢42参考文献431绪论1.1 选题的目的和意义钻地弹，是一种携带有钻地弹头(又称为侵彻战斗部)5 / 19专门用于攻击机场跑道、地面加固目标尤其是地下设施的特种弹药[3]，是对重要目标实施“外科手术”的主要武器[4]。
弹丸侵彻混凝土靶的MSC.Dytran数值模拟
其 力学性 状 表现 出非均 质 、 线 性 、 非 时率 相关 性及
脆性破坏等复杂性质 ， 使理论分析十分困难 ； 数值 方 法逐 渐 成 为研 究 高 速 侵 彻 贯 穿 方 面 的 主要 方
收稿 日期 ： ０ ２— —１ ２１ ０ ４ ０
ＬＵＯ ｎ， Ｉ Ｌｉ Ｘ ＮＧ ｅ ｇ ｕ ｎ Ｚｈ ｎ ｑ ａ
（ ｈ Ｌ ｌａｙｒｐｅｅｔｔ ｅｏｆ ｅｉ ｅ ２ Ｓ ｅ ｙｎ ０５， ｉａ Ｔ ｅＰ Ａ ｍｉｔ ｅｒｓｎａｖ ｆｃ ｔ ４， ｈ ｎ ａｇ１０４ Ｃｈｎ ） ｉｒ ｉ ｉ ｎｈ７ １
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐｅ ，ｔ ｅ Ｊ ｈ ｏ Ｃｏ ｋ ｃ ｓｉｕ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｔ ｉ ｈ— ｒ ｓ ｕ ｅ ｅ ｕ ｔ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｉ ａ ｒ ｈ ｏ ｎｓ ｎ— ｏ ｏｎ ｔ ｔｖ ｄ ｌｗｉｈ ｈ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｑ ａ ｉ ｔ ｏｎ ｏ ｔ ｔ ｏ ｏ ｒ ｔ ｓｉ ｓ ｒｅ ｎ ｏ ｆｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔＭ Ｓ Ｄｙ ｒ ｎ，ｗｉｈ ｉ ｉ ｌｔｏ ｎ ｐ ｎ ｆ ｓａｅ ｆ ｒｃ ｎｃｅ ｅ ｉ ｎ ｅ ｔｄ ｉｔ ｉｅ ｅｅ ｎ Ｃ． ｔａ ｉ ｔ ｔｓｍｕ ａｉ ｎｓｏ ｅ —
Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｅｔｅ ｃ ｎ ｒｔ； ｅ ｅ ａ ｏ ； ｕ ｒ ａ ｙｓ ｕａ ｏ ｙｗｏｄ ：ｐｏ ｃ ｌ； ｏ ｃｅ ｐ ｎ ｔ ｔ ｎ ｎ ｍｅ ｃｌ ｉ ｌ ｉｎ ｊ ｉ ｅ ｒｉ ｉ ｌ ｍ ｔ
动 能 弹对 混凝 土 和地质 材 料 的侵 彻 贯穿 一 直
是 武器研 制 和 工 程 防 护所 关 心 的 问题 ， 心 的焦 关
文献 标志 码 ：Ａ
弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟
C AM E O 凯模C A E 案例库w w w .c a m e o .o r g .c n文章编号:1009-3443(2005)05-0459-05弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟纪 冲, 龙 源, 万文乾(解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)摘 要: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-Co ok 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 14.5m m 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。
关键词:钢纤维混凝土;侵彻;数值模拟;侵彻深度;韧度中图分类号:O 385;E 932.2文献标识码:ANumerical simu lation of projectile penetrating intosteel fiber reinforced concreteJ I Chong , LON G Yuan , W AN Wen -qian(Enginee ring Institute o f Co rps of Engineers,P L A U niv.of Sci.&T ech.,N anjing 210007,China)Abstract :Kinetic energ y projectile penetra ting into steel fiber reinfo rced co ncrete (SFRC )target w as simulated by the finite element metho d,w here the pro jectile w as considered to be rigid.To describe nonlinear deforma tio n and fracture cha racteristics o f SFRC ,Holmquist -Johnso n -Cook constitutiv e rela tions and damage model w ere incorporated into com putatio ns.The num erical results o f penetration depth w ere in goo d ag reem ent w ith recent ex perimental results obtained fro m 14.5mm gun.The crater fo rm atio n ,spall o f SFRC target in the process o f penetra tion w ere simula ted v ery w ell .The influence facto rs of anti -penetra tio n properties o f SFRC w ere studied .The feasibility and v alidity of applying the H JC concrete model to simulating such pro blem as penetratio n in SFRC w ere co nfirmed.Key words :SFRC (steel fiber reinfo rced concrete);penetration;numerical simulatio n;penetratio n depth;toughness index 收稿日期:2005-01-26.基金项目:北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金资助项目(KFJJ 03-5).作者简介:纪 冲(1981-),男,博士生.联系人:龙 源,教授,博士生导师;研究方向:爆破器材及爆炸作用;E-mail :Long -yuan @s oh . 钢纤维混凝土SFRC (steel fiber reinfo rced concrete)是在素混凝土中掺入乱向分布的钢纤维后所形成的一种新型多相复合材料。
弹体侵彻混凝土靶的数值模拟
料多孔性 的状态方程 ， 下面对 其提 出的方程进 行简单
介绍。假设完 全 密实 的混凝 土 材料 满足线 性 多项式 （ ） 引人材料的孑 隙率 系数 ， ３ ， Ｌ 可以得到方程 （ ） ４ ：
Ｐ＝ ｌ ＋ ２ ＋ ３ ＋（ ０ ＢＩ ｐｅ Ａ Ａ Ａ Ｂ ＋ ｌ） ｏ ｘ ＝ ／。 １ ｐｐ 一 Ｐ＝ Ｐ ｅ 一 ，） 尸＝ ｐ ｅ ， ａ，） （） ３
看出 ， 初始速度越大 ， 弹体反 向运 动 速度越 大 ， 表明靶 体内积累的弹性能也越多 。对于相 同弹体侵彻相同靶
Ｐ 和完全密 实压力 Ｐ 之 间 的关 系见 方程 （ ） Ｉ 。 ４ 。（ ｔ
Ｐ＝ ＋ （ — Ｈ Ｐ 古 ｅ ｅ）
（） １
（ ，） Ｐ ｅ 给出了材料在材料 被完全 压实 Ｐ 和具 有孔 隙
Ｐ 之间的关 系。 １ ２ ２ 混凝土强度模 型 ．．
式 中， 考状 态 Ｐ 参 和 ｅ 符合 Ｈ ｇｎｏ 一冲击 曲 ｕｏｉ ｔ
混凝 土是一种非均匀 的多孔 的材料 ， 力学性能 其 呈现出复杂 的非线性 。Ｈ ｒ ａ ｅ ｍ ｎ建立 了考虑混凝 土材 ｒ
１ １ 弹体材料模型及其参数 ． 在钢弹体侵彻混凝土 靶体 的模 拟过程 中， 弹体的
强度通常比混凝 土强度 大得 多， 弹体冲击混凝 土试 件 后基本 没有 变形 ， 仅弹体 表面有 一小部分 被侵蚀 。基
论上讲 ， 数值模拟可 以非常 逼真地再现侵 彻全 过程 的 所有细节 ， 出与侵 彻相关 的所有 物理量 ， 给 如应 力场 、
变形 场、 微裂纹 的演化 过程等。
１ ２ 混凝土材料模型及其参数 ． 混凝 土是一种组成非常 复杂 的材料 ， 由于其 内部
骨料 、 Ｌ 基体材料 的不 同 ， 孑 隙、 导致在 具体描述 其力学
弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟_冷冰林
第28卷 第3期2008年06月弹 箭 与 制 导 学 报Journal o f P rojectiles,Ro cke ts,M issile s and G uidanceVo l.28 No.3Jun2008弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟＊冷冰林1,许金余1,陈 勇2,樊圣军3(1空军工程大学工程学院,西安 710038;295538部队,四川新津 611430;3西安建筑科技大学,西安 710055)摘 要:关于混凝土侵彻的研究一直是一个很活跃的领域,但由于整个侵彻过程时间极短,实验研究很难对侵彻过程进行全面准确的分析。
文中利用LS-DY NA3D有限元程序对弹丸在不同速率和着角下侵彻混凝土靶进行了三维数值模拟,得到了侵彻的整个图像和主要数据,分析了速率和着角与侵彻深度及破坏情况之间的关系。
研究表明:速率和着角对侵彻深度具有重要影响。
关键词:侵彻;数值模拟;速率;混凝土;弹丸着角中图分类号:O383.2 文献标志码:ANumerical Simulation of Projection Oblique Penetration ofConcrete Under Different VelocityLEN G Binglin1,X U Jinyu1,CH EN Yong2,FA N Sheng jun3(1T he Engineering Institute,A ir Fo rce Eng ineering U niver sity,Xi'an710038,China;2N o.95538U nit,Sichuan Xinjin611430,China;3Xi'an U niversity of A r chitecture T echnolog y,Xi'an710055,China)A bstract:T he research on projectile pene trating into concrete tar get is alway s a realm.But the time of the w ho le pene-tratio n process is very sho rt,w hich makes re sear cher s difficult to give the ge nera l and accurate analysis acco rding to ex-periment.In the paper,projectile penetr ating into concrete ta rge t wa s simulated under the different velo city and ang le of incidence,the whole picture of the penetr ation and main data wa s g ained.Acco rding to resea rch,velocity and angle of incidence plays an impo r ta nt par t in penetration depth.Keywords:penetration;nume rical simulatio n;velo city;concrete;pro jectile incidence1 引言混凝土作为一种重要的工程材料被广泛地应用于各个领域,如何有效地提高混凝土的抗侵彻能力,一直是结构工作者所关注的研究课题。
弹体斜侵彻混凝土靶的实验研究及其数值模拟
长期 以来 ， 各 国武 器研 发 人员 一直 着力 于混凝 土 类 硬 目标 的 侵彻 效 应研 究 。美 国在 混 凝 土靶 的侵 彻研 究方 面起 步较 早 ， 陆续 有相 关 文献发 表 。中国学 者对 弹体 斜侵 彻 混凝 土的研 究 也进 行 了大量 的
念 已基本 明确 ， 但 相关 的实 验研 究仍 有待 深入 。本 文 就倾 角和 速度 两方 面对 弹道 偏转 的影 响进 行研 究 。 首先 利用 ２ ５ ， ｍｍ 滑膛 炮对 半无 限混 凝 土靶进 行 不 同倾 角 的侵 彻实验 ， 得 到 不同 工况 弹体 的 弹道 轨迹 和 混 凝 土靶 的破 坏效 应 ， 结 合 数值 模拟 结果 对 斜侵彻 弹 道轨迹 进 行定 量分 析 ， 最 后得 到 速度 和倾 角对 弹道
薛建锋 ， 沈培辉 ， 王晓鸣
（ 南 京理 工 大 学 智 能 弹 药 技 术 国 防重 点 学 科 实 验 室 ， 江苏 南京 ２ ｌ ０ ０ ９ ４ ）
摘 要 ：以 弹 体 斜 侵 彻 混 凝 土 的 弹 道特 性 为 研 究 内 容 ， 通 过 侵 彻 实 验 ｊ 数 值 模 拟 得 到 ｒ不 同 速 度 下 的 侵 彻
靶为 Ｃ ４ ０混 凝 土 靶 ， 整个 混凝 土 靶 为 圆柱形 ， 参 照 钻 地 弹 侵 彻 混 凝 土 靶 实 验 研 究 中 采 用 的 靶 板 设 ‘ 标
＊
收 稿 日期 ：２ Ｏ１ ５ 一 ｌ １ — ０ ５；修 回 日期 ：２ ０ ｌ ６ － ０１ — ２ Ｏ
弹丸对钢管混凝土结构冲击效应的数值模拟
ｌ ０８・
武
瑁， 等： 弹 丸对钢管混凝土结构 冲击效应 的数值模拟
（ 总第 ３ ８ — ０ ）
的初 始速 度垂 直 侵彻 ３种 结构 的靶 板 。 ２ ． ２ ． １ 侵彻 现 象分析
板 厚度 均为 ２ ０ ０ ｍ ｍ， 封 装壁 厚 ７ 示 。鉴 于 问题 的对 称 性 ， 计 算 模 型 采用 原 始模 型 的 １ ／ ４ ，尺 寸为 ４ ８ ０ｍ ｍ×４ ８ ０ｍｍ，如 图 ２
成本较高 ， 相 比之下 ， 方钢管 混凝 土结 构等的施 工 较为方便 ， 考虑到实践应用 ， 本 文 不 分 析 圆 钢 管 混
（ 总第 ３ ８ ～ ０ ６ ５ ０ ）
火 力 与 指 挥 控 制
２ ０ １ ３年
第 ４期
形成 ， 且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作 用的结构构件 。按截面形式不同 ， 可分 为圆钢管混
凝 土 ，方 形钢 管 混凝 土和 六边 形 钢 管 混凝 土等 ， 如 图１ 所 示 。圆钢 管 混凝 土 结 构 的施 工 难 度 大 ， 施 工
为抗 压强 度 。
表 １ 弹体材料参数
轴向荷载 ， 防止结构倒塌 。经实验统计数据表明： 达
到一级耐火 ３ ｈ要 求 和钢 柱 相 比 可 节 约 防火 涂 料
１ ／ ３～ ２ ／ ３ 甚 至 更多 。
（ ３ ） 工程 应用便 捷 可行 。对 比钢 筋混 凝 土 ， 钢 管
混凝土结构兼有纵向钢筋和横 向钢筋的作用。模块 化设计合理排列多个钢管混凝土结构单元 ， 通过焊
土抗弹丸冲击进行了数值模拟 。
２ ． １ 有 限 元模型 及 材料参 数
为对 比普通 混凝土及不 同钢管混凝 土结构抗 弹丸 冲击 的性能 ， 对普通混凝土 、 正方形钢管混凝 土 、六边形钢管混凝土 ３ 种结构模 型进行 了仿真。 弹 体 直径 ２ ０ ｍ ｍ， 长 径 比为 ２ ． ５ ， ３种 靶 体 结构 中 ， 靶
弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟
图 ４为 观测 点 ３处 亦 即装药底 端 面 的压 力 时程 曲线 。对 比图 ３和 图 ４， 以看 出装 药 底 端 面 所 受 可 压 力与 装药 前端 面 和装 药 中部 所 受压 力 显 著 不 同 ，
表 现为 在前 期所 受 的压 力 较 低 ， 个 压力 峰值 小 于 多 零 ， 明装药 受到 明显 的拉 伸 作 用 。但 是在 １０ Ｉ 说 ８ ｓ ｘ 时 刻压 力 曲线 出现 明显 的突 跃 ， 力 峰值 甚 至 高 于 压
了炸药在 侵彻 过程 中可 能 发 生点 火 的部 位 ， 为侵 彻
内爆型 弹药 的设 计 提供参 考 。
图 １ 计 算 模 型 图
在装 药 中轴 线 上 等 间距 地选 取 ３个 观测 点 ， 如 图 ２， 测点 １位 于装药 前端 面 ， 测点 ３位 于装 药 观 观
２１ ０ ２年 ２月 ７ 日收 到 第一 作 者 简 介 ： 宪 振 （９ ２ ） 男， 山 博 副 研究 方 向 ： 性 能 评 估 。 炸药
态 响应 ， 于侵 彻 内爆 型 弹药 的研究 有重要 意义 。 对 目前 可 以用 来 评 估 炸 药 在 高 应 变 率 条 件 下 动 态 响应特 性 的试验 手段 有 Ｈ ｐ ｉｓｎ压杆 、ｔ ｅ ｏ ｋｎｏ Ｓ ｖｎ试 ｅ
究对 象 ， 是设计 了一 个 原理 性 的 战 斗部 侵 彻 混 凝 而 土计 算模 型 ， 图 １所 示 。战 斗 部 壳 体 直 径 为 １ 如 ０ ｃ 总 长 度 为 ２ ． ｍ， 体 材 料 为 高 强 度 合 金 钢 ｍ， ４６ｃ 壳
第 １ ２卷
第１ １期
２ １ ４月 ０２年
科
学
技
术
与
工
程
一种新型动能弹侵彻钢筋混泥土数值模拟
一种新型动能弹侵彻钢筋混泥土数值模拟钢筋混凝土因其卓越的性能，被广泛应用于建筑结构中，为了预防战时受到严重打击，世界上很多国家和地区的高价值目标和战略目标纷纷地下或者半地下化，各种形式的混凝土或钢筋混凝土结构成为保护目标的主要手段之一。
研究侵彻弹丸对钢筋混凝土等各种防护类目标的侵彻既有重要的军事应用背景，也有许多非军事的应用价值，因此具有重要的现实意义。
本文首先介绍了国内外关于动能战斗部的发展现状与侵彻问题的研究现状，同时对钢筋混凝土特性和钢筋混凝土本构模型进行了简要介绍。
在此基础上，使用LS-DYNA软件对一种新型动能弹侵彻钢筋混凝土靶板进行了数值模拟。
对不同参数的弹丸侵彻靶板进行了侵彻数值模拟，得出了不同头部尺寸弹丸以不同着靶速度、着角侵彻钢筋混凝土靶板的侵彻后存速、冲击加速度曲线以及炸药内能曲线，并对计算结果进行了分析对比，得到有益的结论。
对不同参数的靶板被侵彻进行数值模拟，得出了不同钢筋粗细、弹着点的条件下弹丸侵彻后存速、冲击加速度曲线以及炸药内能曲线，并对计算结果进行了分析对比，结果可为动能侵彻战斗部研究提供参考。
卵形头部弹丸对混凝土靶板侵彻的二维数值模拟
ｌ ｊ
ＨＶＰ程 序 是 二 维 动 态 有 限 元 程 序 ， 间 域 采 用 ｜ｇａ ｇ 空 ａ ｒｎ ｅ型有 限 元 离 散 ， 问域 采 用 中 时 心 差 分 离 散 并 进 行 稳 定 累 时 积 分 ． 模 拟 撞 击 中 弹靶 各 时 刻 的 应 力 场 、 变 场 和 速 度 场 等 ． 可 应
李 永 池 袁 福 平 胡 秀 章 朱 林 法 王 道 荣
（ 国科 技 大 学 力 学 和 机 械 Ｉ 系 ． 肥 ２ ０ ２ 】 中 。 瞿 舍 ３ ０ ７
摘要
采 用 新 发 展 改 进 的 ＨＶＰ 数 值 软 件 ． 嵌 凡 合 损 伤 的 混 凝 土 丰 构 模 型 和 新 的 材 并
而 耗 资 也 较 少 ． 此 ． 值 方 法 逐 渐 成 为 研 究 高 速 侵 彻 贯 穿 方 面 的 主 要 方 法 ： ， 相 应 地 导 因 数 并
致 了一 些 商 用 软件 的 出现 和 币 断 改 进 ． 本 文 发 展 和 改 进 了 一 种 新 的 二 维 数 值 软 件 ＨＶＰ（ ｉ ｅ ｃｔ ｅ ｅｒｔ ｎ ． 展 了 弹 丸 ｈｇ ｖｌ ｉ ｐ ｎ ｔａｉ ） 开 ｈ ｏ ｙ ｏ
当 材 料 破 坏 模 型 选 定 后 ， 准 确 预 测 层 裂 、 塞 、 蚀 等 实 际 物 理 过 程 ， 序 备 有 多 种 几 何 生 能 冲 烧 程
成 功 能 ， 许 弹 靶 由 多 种 材 料 组 成 ， 进 后 的 ＨＶＰ程序 嵌 人 了含 损 伤 的 本 构 计 算 模 块 及 新 允 改 的 材 料 单 元 破 坏 计 算 模 块 ． 设 有 群 组 单 元 划 分技 术 和 主 滑 移 面 再 定 义 技 术 ， 而 可 大 大 节 并 从 省 Ｃ Ｕ 时 间 ， 提 高 了计 算 精 度 ， 清 晰 地 揭 示 弹 靶 界 面 处 的 材 料 破 坏 和 销 蚀 图 象． Ｐ 并 更 计 算 中对 弹 和 靶 均 采 用 流 体 弹 粘 塑 性 本 构 模 型 、 态 方 程 对 弹 丸 材 料 取 成 Ｍｉ— ｒ — 状 ｅ Ｇ ｕ ｎ ｉ ｎ方 程 ， 算 中 采 用 的 具 体 形 式 为 ｅｓ ｅ 计
弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟
第２卷 ８
第 ３期
弹
箭
与
制
导
学
报
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ３ １２ ．
２０ ０ ８年 Ｏ ６月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏｅ ｔ ｅ ，Ｒｏ ｋ ｔ ，Ｍｉｓｌｓａ ｄ Ｇｕｄ ｎ ｅ ｏ ｒ ａ ｆＰｒｊｃｉ ｓ ｌ ｃｅｓ ｓ ｉ ｎ ｉａ ｃ ｅ
彻 能力 ， 直 是 结 构 工 作 者 所 关 注 的研 究 课 题 。 一 由于在 侵彻 过 程 中材 料 局 部 必 然 会 发 生 很 大 的
ｔａ ｉｎ ｒ ｅ ｓｉ ｅｒ ｈｏ ｔ ｒ ｔｏ ｐ ｏｃ ｓ ｓ ｖ ｙ ｓ ｒ ，ｗ ｈｉｈ ｍａｋ ｓ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｉｆｃ ｔｔ ｖｅｔ ｎｅ ａ ｄ ａ ｃｕ ａｔ ｎａ ｙ ｉ ｃ ｏｒ ｎ Ｏ ｅ — ｃ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈｅ ｓ ｄ ｆｉｕｌ ｏ ｇｉ ｈｅｇｅ ｒ ｌａｎ ｃ ｒ ｅａ ｌ ｓｓ ａ ｃ ｄｉｇ ｔ ｘ
Ｋｅｗｏ ｄ ： ｅ ｅｒ ｔ ｎ；ｎ ｍｅｉａ ｉ ｕａｉｎ；ｖ ｌｃｔ ｙ ｒｓ ｐ ｎ ｔａｉ ｏ ｕ ｒ ｌ ｍ ｌｔ ｃ ｓ ｏ ｅｏ ｉ ｙ；ｃ ｎ ｒ ｔ ；ｐ ｏｅ ｔ ｅｉｃｄ ｎ ｅ ｏ ｃ ｅｅ ｒｊｃｉ ｎ ｉｅ ｃ ｌ
Ｃ ｎｒｔ 累积损 伤 材 料 模 型 ， 好 地 描 述 混 凝 土 ｏ ｃｅｅ 更
２ Ｎｏ ９ ５ ８Ｕｎ ｔ ｉｈ ａ ｎｉ １ ４ ０，Ｃｈｎ ； ． ５ ３ ｉ，Ｓｃ ｕ ｎＸｉｊｎ６ １ ３ ｉａ
３ Ｘｉａ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆ Ａｒ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ’ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｉ ｔ ｒ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｘｉ ａ １ ０ ５ Ｃｈ ｎ ） 、 ｅ 作 为 一 种 重 要 的 工 程 材 料 被 广 泛 地
PBX装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟
文章编号：1006-9941 (2018)01-0101-08P B X装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟张馨予，吴艳青，黄风雷(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081 )摘要：为探究浇注型高聚物粘结炸药（PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况，将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎 损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型，拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力 学响应，利用动力有限元数值软件模拟了含装药弹体侵彻混凝土靶板中炸药的力学损伤响应，分析了炸药应力波的传播、压力分布 和三种损伤分布及演化。
结果表明，加载初期炸药装药的头部承受较大的压缩应力，当应力波传播至尾部反射回拉伸波时，由于弹 体的惯性作用，装药尾部和壳体内表面发生撞击，迅速形成高压区，压力高至0.25 GPa，因此装药头部和尾部损伤较为严重，应作为 重点防护区域。
关键词：高聚物粘结炸药（PBX);弹体侵彻；粘弹性模型；脱粘损伤；晶体破碎损伤中图分类号：T J55; 0341 文献标志码：A DOI： 10.11943/j.issn.1006-9941 .2018.01 .0131引言浇注型高聚物粘结炸药（PBX)以其优异的抗过载力学特性而在侵彻战斗部中得到广泛应用，在高速碰撞过程中，PBX中的粘结剂会吸收部分能量[1^2]，并阻碍了炸药晶粒间的直接摩擦[3]，一定程度上降低了炸药的感度。
由于粘结剂的弹性模量较小，加载过程中先发生变形，因此炸药的整体力学性能主要依赖于粘结剂的力学性能+5]，主要表现为粘弹性、低模量、形变能力强[6_7]，具有较大的温度相关性和应变率相关性[8_9]。
弹体侵彻靶板过程中，装药经历复杂的力学过程，包括：装药将承受靶体通过壳体传人的冲击波作用、高惯性载荷作用以及冲击波反射后的来回跌宕作用[1°_11]。
在这种低强度长脉冲[2],非冲击加载条件下，炸药可能出现局部损伤甚至产生热点[13]，进而发生非冲击点火，影响侵彻安全性。
高速弹丸侵彻混凝土性能数值模拟
高速弹丸侵彻混凝土性能数值模拟
屈明
【期刊名称】《工程物理研究院科技年报》
【年(卷),期】2003(000)001
【摘要】利用ANSYS/LSDYNA软件，弹丸采用弹塑性硬化材料模型，混凝土采用HJC材料模型，并利用以前对弹丸侵彻混凝土研究所得到的材料参数，对同截卵、尖卵两种头形且尺寸和重量都较大的弹丸侵彻混凝土的侵彻性能进行了数值模拟研究。
由于弹靶尺寸特征相差较大，在现有计算条件下，给建模和分析带来了较大困难，为了能将计算规模控制在可求解的范围内，我们采用二维模型来分析研究弹丸的高速侵彻能力，采用三维模型来研究当弹丸带有—定攻角和着角时其在进入隧道段之前的行为。
【总页数】2页(P157-158)
【作者】屈明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O385
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1.高速弹丸侵彻混凝土靶板数值模拟研究 [J], 张明润;张咏侠;张彤;骆俊;畅泽文
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5.陶瓷/纤维复合装甲抗弹丸侵彻性能的试验与数值模拟研究 [J], 王东哲;秦溶蔓;孙娜;杜明远;腾凌虹;曹伟伟;朱波
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装药弹丸斜侵彻混凝土数值模拟
装药弹丸斜侵彻混凝土数值模拟刘月胜;徐文峥【摘要】通过有限元分析软件ANSYSY／LS-DYNA对装药弹丸斜侵彻混凝土过载环境进行数值模拟，分析了弹体侵彻模型及弹载传爆药应力波加载机理，揭示了弹载传爆药应力波加载的加载状态。
研究表明，弹载传爆药不同入射角侵彻时，受弹体应力波作用，入射角越小，弹内传爆药所受塑性波幅值越高，对传爆药的损伤有很大的影响。
将弹载传爆药过载曲线与弹体过载曲线进行对比，弹体过载与传爆药过载曲线变化规律趋势相近，可以通过弹体的过载特性来估算PBXN-5传爆药的过载特性。
此项研究可为侵彻过载中弹载传爆药抗高过载能力评价方案设计提供参考。
%In this paper, the overload environment of charge projectile penetration concrete was numerical simulated by finite element a- nalysis software ANSYSY/LS-DYNA. The model of missile penetration and the mechanism of missile-berne transmission explosive stress wave were analyzed. The loaded state of explosive stress wave was revealed. The results shown that when missile penetration booster penetrated in different angles, under the affect of stress wave, if the incident angle the smaller, the amplitude suffered by bombs inside the plastic Booster was higher, and the damage to the Booster was greater. The missile booster overload curve and missile overload curve was compared and the variation trends of elastic body overload curve and booster overload curve were similar. The PBXN-5 Booster overload characteristics could be estimated by the body overload characteristics. The study provided a reference to the design of evaluation program, which was used to evaluate the highoverload resistance property of the booster shot under the penetration overload circumstance.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】5页(P40-43,49)【关键词】侵彻;传爆药;数值模拟;斜侵彻;LS—DYNA【作者】刘月胜;徐文峥【作者单位】中北大学化工与环境学院,山西太原030051;中北大学化工与环境学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TJ430引言弹体侵彻问题是国内外热衷研究的课题。
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第28卷 第3期2008年06月弹 箭 与 制 导 学 报Journal o f Pr ojectiles,Ro ckets,M issiles and G uidanceVo l.28 No.3Jun2008弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟*冷冰林1,许金余1,陈 勇2,樊圣军3(1空军工程大学工程学院,西安 710038;295538部队,四川新津 611430;3西安建筑科技大学,西安 710055)摘 要:关于混凝土侵彻的研究一直是一个很活跃的领域,但由于整个侵彻过程时间极短,实验研究很难对侵彻过程进行全面准确的分析。
文中利用L S DY NA3D有限元程序对弹丸在不同速率和着角下侵彻混凝土靶进行了三维数值模拟,得到了侵彻的整个图像和主要数据,分析了速率和着角与侵彻深度及破坏情况之间的关系。
研究表明:速率和着角对侵彻深度具有重要影响。
关键词:侵彻;数值模拟;速率;混凝土;弹丸着角中图分类号:O383 2 文献标志码:ANumerical Simulation of Projection Oblique Penetration ofConcrete Under Different VelocityLEN G Binglin1,XU Jinyu1,CH EN Y ong2,FA N Sheng jun3(1T he Engineer ing Institute,A ir Fo rce Eng ineering U niversity,Xi an710038,China;2N o.95538U nit,Sichuan Xinjin611430,China;3Xi an U niversit y of A r chitectur e T echnolog y,Xi an710055,China)Abstract:T he research on project ile penet rating into concrete tar get is alway s a realm.But the time of the w ho le pene t ratio n pr ocess is ver y sho rt,w hich makes resear chers difficult to g ive the g enera l and accurate analysis acco rding to ex periment.In the paper,projectile penetr ating into concr ete tar get was simulated under the different velo city and ang le of incidence,the whole pictur e of the penetr ation and main data was g ained.Accor ding to r esea rch,velocity and angle of incidence plays an impo rtant part in penetration depth.Keywords:penetration;numer ical simulation;velo city;concrete;pro jectile incidence1 引言混凝土作为一种重要的工程材料被广泛地应用于各个领域,如何有效地提高混凝土的抗侵彻能力,一直是结构工作者所关注的研究课题。
由于在侵彻过程中材料局部必然会发生很大的塑性变形与永久性挠曲,这使得对整个侵彻过程的理论计算十分困难。
并且通常的经验法也只能够给出终态的描述,其整个过程的认识还是无法得知。
对于侵彻的数值模拟,国内外学者进行了许多研究,大部分采用的是显式Lagrange[1]动力学算法,它利用材料失效和侵蚀接触等对高速弹丸对靶板的侵蚀进行计算。
文中基于LS DYNA3D有限元程序引入了Johnson H olmquist Concrete累积损伤材料模型,更好地描述混凝土的非线性变形及断裂特性[2]。
弹丸采用Jo hn son Co ok材料模型,在考虑了应力、应变和温度效应的同时,也能够清晰地描述弹丸在侵彻过程中的变形和受力特性。
2 材料模型2.1 混凝土靶材料模型混凝土靶采用Johnson H o lmquist Con crete[3]累积损伤材料模型,该模型考虑了高压、高应变率以及损伤效应,其等效强度表示为压力、应变率以及损伤程度的函数;压力则表示为体积应变的函数,其体积应变包括了永久性损伤*收稿日期:2007-05-30基金项目:国家自然科学基金项目(10372084)资助作者简介:冷冰林(1984-),男,四川泸州人,硕士研究生,研究方向:防护工程。
弹箭与制导学报第28卷效应。
累积损伤表示为塑性体积应变、等效塑性应变和压力的函数。
2.1.1 强度模型Johnson H o lmquist Co ncrete模型的归一化等效应力 *定义为:*=[A(1-D)+BP*N][1-c ln( *)](1)式中:A为归一化内聚强度;D为损伤系数(0D 1);B为归一化压力硬化系数;P*=P/f c为归一化压力(P为实际压力);N为压力硬化指数;c为应变率系数; *= / 0为无量纲的应变率( 为实际应变率, 0为参考应变率)。
2.1.2 累积损伤材料模型模型的损伤破碎积累方式是把等效塑性应变和塑性体应变引起的损伤都累积起来。
其损伤系数D为:D= P+ PD1(P*+T*)D2(2)式中: P和 P分别表示等效塑性应变增量和塑性体积应变增量;D1和D2为破坏常数;T*=T/f c,其中T为混凝土最大抗拉强度。
2.1.3 状态方程[4]状态方程根据加载和卸载两种情况分为三个区域:线弹性区域、塑性过渡区以及完全密实材料区。
当P P crush或 crush时,材料处于线弹性区,其中P cr ush为压碎压力,为压碎体应变。
当P crush<P P lock或 cr ush< < lock时,材料处于塑性过渡区,材料被压缩发生塑性变形,其状态方程为:P=P crush+(P lock-P crush)( - cru sh)( lock- crush)(3)式中:P lock和 lock分别表示压实压力和压实体应变,其中 lock= g0-1, g、 0分别表示材料颗粒密度和材料初始密度。
当P P lock时,混凝土处于密实状态同时满足凝聚态材料的H ug onio t关系,此时状态方程为:P=k1 +k2 2+k3 3(4)式中:k1、k2、k3为材料常数, = - lock1+ lock为修正体应变。
2.2 弹丸材料模型弹丸采用Johnson Co ok[5]弹-塑性模型来描述材料在大变形、高应变率和高温条件下的本构关系,这种模型适用于许多材料,包括大部分金属材料。
Johnson Cook材料模型在较低的应变率条件下,甚至在准静力范围内仍然有效。
该模型的典型应用包括金属爆炸成型、弹侵彻和冲击。
由于此次数值模拟涉及到高压条件下的材料行为,所以采用Gruneisen方程。
3 计算模型及计算参数3.1 计算模型弹体材料为4340钢,重23.57kg,密度7 83g/cm3,圆柱形弹体,半球形弹头,弹体长35cm,直径10cm。
混凝土靶板为长方体,靶板尺寸:400cm 400cm 150cm。
弹丸斜侵彻混凝土靶体过程中,弹丸与靶体为轴对称几何体,为减小计算工作量,取弹和靶实体模型1/2进行建模。
采用8节点三维实体单元进行网格划分,在弹丸冲击混凝土的中心区域细分网格。
施加对称面约束及其他条件。
采用单点积分和沙漏控制以更好地反映大变形和材料失效等非线性问题。
弹丸与靶体之间的接触采用Sur face Sur face Eroding。
利用后处理软件进行模型对称显示,网格划分后的1/2弹体及靶体模型如图1、图2所示。
图1 弹丸模型 图2 混凝土靶体模型3.2 混凝土、弹丸计算参数在实际工程中侵彻弹丸及混凝土靶体材料、尺寸一般是固定的,混凝土被侵彻的成坑、深度及贯穿过程中的破坏情况等主要取决于弹的初始冲击速率v0和着角 ,所以文中的数值模拟中v0和 是变化的参数。
由文献[6]得到混凝土弹124第3期冷冰林等:弹丸在不同速率下斜侵彻混凝土的数值模拟丸材料计算参数。
4 数值仿真经过数值模拟,分别得到了弹丸以100m/s 、300m /s 、500m/s 、700m/s 、1000m/s 、1300m/s 、1500m/s 的速率和0 、10 、30 、50 、70 着角撞击靶板的X 、Y 方向的速率随时间变化曲线和侵彻深度曲线。
这里主要分析对比着角和速率与侵彻深度和破坏情况的关系。
4.1 速率v 0和着角 与侵彻深度d 的关系不同着角下弹体侵彻深度d 与着速v 0和着角 的关系如图3所示。
图3 不同着角下弹体侵彻深度与着速的关系从图3可知:1)随着速率v 0的增加,垂直侵彻深度d 逐渐增大;2)随着着角 的增加,垂直侵彻深度d 逐渐降低;3)在同样的速率冲击下,垂直侵彻的深度最大;4)当 <10 时,着角对侵彻深度的影响不很明显。
4.2 着速v 0和着角 与混凝土靶板的破坏情况的关系以着角30 ,速率分别是300m/s 、700m/s 、1000m/s 、1300m/s 的情况为例,分析靶板和弹丸的变形和破坏情况(见图4~图7)。
1)由图4~图7的侵彻效果图可以看出,从碰撞一开始,应力波即从碰撞点向弹、靶内传播,由弹、靶的应力云图可知其内部的应力分布是不均匀的,说明弹体和靶板受到的外力是非对称的。
在侵彻过程中,应力波在弹体和靶板内来回传播;2)对于弹丸来说,弹头应力始终最大,头部形状由半球形逐渐变为平台型。
弹丸在侵彻混凝土靶的同时,也被混凝土靶所侵彻。
速率越大,这种侵彻效果越明显。
在侵彻过程中弹体有相当大的塑性变形和质量衰减,这与实际相符;3)在侵彻过程中,弹头部开始钝化,靶板变形加剧,由于在弹靶界面处产生极高的压缩应力,在弹头部产生压缩变形,材料沿径向发生塑性变形,靶板受到弹头的挤压,产生压缩,并向外侧挤压,这便是扩孔过程的特征;4)在着角一定的情况下,速率越大,弹丸侵彻深度也越大,变形也越大。
由于弹体材料的侵蚀和剥落,使弹体应变能相应减少,更有利于侵彻的进行。
5 结论文中利用大型动力有限元软件LS DYNA,采用Johnson H o lmquist Concrete 模型和Jo hn son Co ok 模型对钢制弹丸以不同速率和着角侵彻混凝土靶进行了三维数值模拟,从中可得出如下结论:1)对弹丸侵彻靶体的数值模拟中,网格密度适中即可,太细则可能带来损伤和应变集中。