基于能量法的双钢板混凝土遮弹层设计计算方法研究

为了深入探讨双钢板混凝土结构抗强冲击时后附钢板的耗能方式变化,基于最小耗能原理和无量纲化分析,反推得到了不同材料和结构尺寸下后附钢板耗能状态。结合混凝土强度极限条件,建立了兼顾塑性变形和侵彻贯穿破坏形态的后附钢板综合耗能计算公式以及后附钢板最小临界厚度解析表达式。计算结果表明,薄钢板综合耗能可达仅考虑贯穿效应耗能的4~5倍。基于能量守恒原理,提出了双钢板混凝土遮弹层防贯穿设计六步法,给出了弹体临界贯穿速度和弹体余速计算公式。该计算公式与已有钢板混凝土结构侵彻试验结果吻合较好。

抗战斗部侵彻爆炸作用的混凝土遮弹层设计

准确评估战斗部侵彻爆炸作用下混凝土遮弹层的损伤破坏可为防护工程设计提供重要参考。首先基于Karagozian&Case(K&C)模型框架建立了新型混凝土动态损伤本构模型,其中强度面综合考虑了静水压力、Lode角、应变率和损伤;独立描述了拉伸和压缩损伤,并考虑了拉压之间的连续过渡以及剪切变形和体积压缩对损伤的贡献。随后,开展了半无限厚混凝土靶体的105 mm口径弹体侵彻爆炸联合作用试验。进一步通过对上述试验和已有有限厚混凝土靶板的预制孔埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了所建立的本构模型、参数取值和有限元分析方法在描述混凝土动态阻力、损伤演化和开裂行为方面的准确性。最后,确定了SDB、WDB-43/B和BLU-109/B三种典型战斗部以声速侵彻爆炸普通混凝土的临界贯穿和临界震塌厚度。结果表明:SDB、WDB-43/B和BLU-109/B战斗部侵彻爆炸作用下混凝土的临界贯穿厚度分别为1.4、3.4和3.8 m,临界震塌厚度分别为3.6、6.3和8.3 m;由于携带炸药量的差异,不同战斗部侵彻爆炸下的临界贯穿和临界震塌厚度与侵彻深度的比值非定值,相应的比值范围分别为1.49~2.13和2.90~4.66。

块石混凝土遮弹层界面对抗侵彻性能影响的数值模拟研究

基于三维细观建模方法和Kong-Fang混凝土材料模型,开展了某弹体侵彻块石混凝土遮弹层的数值模拟研究。采用块石与基体混凝土共节点建模和面面接触建模两种方式,探讨了界面对弹体过载、侵彻深度以及混凝土与块石损伤破坏的影响。数值模拟结果表明:块石与混凝土共节点建模方式强化了块石与混凝土间的界面效应,高估了靶体的整体性,而面面接触建模方式弱化了界面效应,故采用共节点建模方式时,弹体过载(加速度)偏大,侵彻深度偏小;采用共节点建模方式时,损伤区域沿C100混凝土和块石交界面发展,损伤区域连续,而采用面面接触建模方式时,损伤区域在弹道近区连续,近区与远区损伤不连续。基于数值模拟结果,进一步对块石混凝土遮弹层的工程设计计算提出了实用性建议。