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。

遮弹层厚度对砂土中地冲击荷载的影响

土中自由场地冲击荷载是地下防护结构设计的基础。分别建立炸药在砂土和遮弹层中爆炸的精细化数值模型,对比分析所得地冲击荷载的计算结果与相关试验数据。在遮弹层爆炸模型中,改变遮弹层厚度,研究遮弹层比例厚度对地冲击荷载衰减及分布规律的影响。结果表明,两个模型的数值计算与试验数值吻合较好,验证了数值计算方法的可靠性。遮弹层比例厚度不改变爆心正下方地冲击应力峰值衰减系数,但对应力峰值大小有影响;遮弹层比例厚度越大,爆心正下方土中相同比例深度处的应力峰值越大。地冲击荷载水平分布也受遮弹层的影响,遮弹层比例厚度越大,距遮弹层底面比例距离大于0.15 m/kg^(1/3)的平面上归一化竖向应力水平分布曲线越陡,进而得出考虑遮弹层厚度影响的地冲击荷载计算公式。

蜂窝遮弹层抗弹丸侵彻实验研究

为研究蜂窝遮弹层的抗弹丸侵彻性能,采用15 mm弹体对六边形单元蜂窝遮弹层结构进行了侵彻实验研究。实验结果表明,同钢筋混凝土遮弹层相比,蜂窝遮弹层的破坏仅发生在弹靶接触的六边形单元内,且破坏面积较小,同时弹体在侵彻蜂窝遮弹层过程中易发生偏航现象。应用应力波传播理论分析了实验结果,主要是六边形单元对其内的混凝土约束作用及其自身阻隔作用,使混凝土抗压强度和弹体在侵彻过程中受到的阻力增大,从而减小了弹体的破坏效应。

新型偏航遮弹层选型分析与试验

采用适当的措施,有效解决钻地武器"钻不进"或"钻不深"的问题,以提高防护工程的抗打击能力已成为研究热点。依据弹体侵彻机理,立足实际应用,在对材料选用及结构构造形式进行系统分析的基础上,提出了一种带偏转层的新型复合遮弹层。通过侵彻试验,证明了该遮弹层对来袭弹具有显著且可靠的偏航效能。基于H ertz接触理论,建立了弹体与偏转层弹塑性碰撞的接触力模型,并分析了接触体材料特性、命中速度及几何参数等因素对恢复系数、接触时间、接触力的影响,揭示了偏转层对弹体偏航的作用机理。

接触爆炸作用下钢板钢纤维钢筋混凝土遮弹层设计方法(II)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,此模型考虑了在钢纤维钢筋混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢筋的抗剪、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维钢筋混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。

接触爆炸作用下钢板钢纤维混凝土遮弹层设计方法(Ⅰ)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,考虑在钢纤维混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。通过数值计算结果与试验结果的对比 ,验证了此方法的实用及可靠性。

航弹冲击引起的遮弹层下自由场应力确定

首先将航弹冲击遮弹层的问题简化为一个具有初始速度条件的振动问题 ,借用基础振动半空间理论的方程对等法建立了体系的运动方程 ,进而得到了遮弹层后自由场应力的计算公式。在此基础上 ,讨论了遮弹层有效作用半径、弹种及分配层介质的性质对自由场应力的影响 ,给出了航弹冲击作用下遮弹层下自由场应力的计算方法及结构设计建议。

防护工程复合遮弹层结构探讨

为更科学的设计防护工程中的遮弹层,分析和总结了遮弹层的研究现状,结合试验和理论分析提出了新型遮弹层的结构形式,研究认为,遮弹层应使用分层结构:表面偏航层、主体层。偏航层可用与弹体直径同量级的刚玉球、陶瓷球或硬质岩石球为基体;主体层可用夹心结构,且应使用钢纤维混凝土等材料作为主要材料,采用钢管或玻璃纤维增强塑料等约束靶板组装而成的蜂窝结构为主体结构。

射弹侵彻块石遮弹层的数值模拟

运用Ls-dyna软件对弹体侵彻单块岩石和块石遮弹层进行数值模拟。结果表明:块石层对弹体侵彻具有很好的防护效果,块石破碎产生强烈的局部应力使弹体产生偏转从而减小侵彻的深度;块石必须有一定的尺寸大小和强度与弹体相匹配,设计良好并且有一定厚度的块石层能有效地阻止弹体侵彻。

球形颗粒遮弹层对高速侵彻弹体的作用机理

在钻地弹威慑之下,重要目标工事外覆盖遮弹层是常见加固和防护手段。硬质球形颗粒(以下简称颗粒)是常见的遮弹层组成结构。本文中将研究高速侵彻弹体与颗粒作用机理,分析遮弹效率的控制因素。首先,基于动态空腔膨胀理论,计及靶的自由面效应和颗粒强度差异,建立了靶对弹体侵彻阻力的表征模型。然后,采用弹靶分离计算方法,模拟并分析了斜侵彻含球形颗粒有限大高强混凝土时弹体的运动与变形,研究颗粒的强度、位置及尺寸对来袭弹侵彻行为的影响规律。结果表明,颗粒的遮弹作用主要取决于与其作用时弹体的姿态,其随颗粒位置变化无明显规律;颗粒强度越高,遮弹效果越好;颗粒半径从1倍到10倍弹径变化时,颗粒对弹体的作用机理从弹道偏转为主转变为弹道偏转与侵彻阻力增加两者耦合。因此,为达到良好的遮弹效果,单层球形颗粒密排遮弹层的颗粒半径建议在5倍弹体直径之上;若采用较小颗粒制作遮弹层,建议采用多层错排方式,且遮弹层厚度须在10倍弹径之上。

含高强RPC球柱的复合遮弹层偏航试验研究

在现代战争条件下,防护工程面临的威胁越来越大。研制出一种表面含高强RPC(Reactive Powder Concrete活性粉末混凝土)球柱偏航层的钢纤维RPC靶体,对靶体进行了抗侵彻试验研究。对试验结果从弹体偏转角、弹体破坏情况进行了分析,并用经验公式进行了比较。结果表明本复合遮弹层具有优良的偏航效果,在防护工程中将有着广阔的应用前景。

钢管钢纤维高强混凝土遮弹层抗侵彻数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢纤维体积分数为0,0.5%,1.0%,钢管壁厚度为4,7.5 mm的钢管钢纤维高强混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟研究,引入JHC模型来描述钢纤维高强混凝土在高速、高压环境下的非线性变形和破坏情况。通过分析距离中心侵彻位置不同节点的位移变化曲线,研究了钢管分隔作用对遮弹层抗侵彻的影响,并与现场试验结果进行对比,吻合较好。同时,研究了钢纤维体积分数及钢管壁厚度对遮弹层抗侵彻的影响,结果表明:钢纤维的掺入减轻了弹体的破坏效应、限制了侵彻深度;钢管壁厚度的增加使其更好地发挥了自身的套箍及吸能作用,提高了遮弹层整体的抗侵彻能力。

带地下停车场的人防工程遮弹层设计

国内外许多学者提出了各种应用于工程防护的遮弹层,其材料和结构形式不断推陈出新,但是应用到实际工程中尚有一些困难。文章简述了遮弹层的国内外研究现状及其发展方向,针对带地下停车场的人防工程,从工程的实用性角度将停车场视为遮弹层,并给出设计方法,通过计算表明能够满足工程防护要求,为同类人防工程的设计计算提供参考。

异形表面遮弹层抗侵彻性能的有限元模拟分析

简要综述了异形表面技术和遮弹层技术抵抗钻地弹的一些特点,提出了一种新型的异形表面遮弹层的设计构想,并采用ANSYS软件对高速弹对该新型遮弹层侵彻过程进行了数值模拟分析.结果显示,异形表面遮弹层能比传统的遮弹层更有效地改变钻地弹的攻击角度和降低其竖向钻地速度,尤其能使高速弹的钻地速度发生显著的衰减,这对防护工程的实际工作有一定的参考意义.

防护工程中遮弹层的研究进展

有效利用遮弹层以抵抗钻地弹侵彻与爆炸是当前防护工程中重要的研究内容。为有效选用与研制遮弹层,从其几何形状、复合材料以及分层结构等方面,综述国内外遮弹层研究的发展历程,总结研究现状与成果。同时根据新型武器和现代战争的发展特点指出遮弹层研究面临的问题与发展趋势,认为研究高速侵彻下的材料性能,发展机动性能强的单机掩蔽库遮弹体系,注重对新材料、新结构的战斗力生成的研究,加强与其他防护技术结合以构建综合防护体系是未来的研究趋势。

复合遮弹层性能的模糊综合评判分析

本文应用模糊变换原理及最大隶属度原则建立了模糊综合评判模型 ,在考虑遮弹层设计厚度、经济造价、施工难易程度三个重要因素的基础上 ,对各类遮弹结构的综合性能进行了评价分析 ,分析表明 :偏航板 +3%含量的钢纤维混凝土及偏航板 +HHSC性能最优。但是 ,对于一些特殊情况 ,如不考虑遮弹层厚度 ,仅以工程造价为唯一控制指标 ,即以混凝土显然是最佳选择。总之 ,针对具体的工程背景 ,可以利用本文的数学模型对各类遮弹层结构进行综合评价 。

金属网增强遮弹层抗高速弹体侵彻的数值研究

基于验证的数值模型从弹体侵彻深度、弹坑直径、局部破坏情况和能量变化等方面对金属网增强遮弹层抗高速弹体侵彻的冲击响应进行参数化研究,涉及的参数包括:金属网布置形式、金属丝丝径、金属网孔径和金属网层数。研究表明:在素混凝土遮弹层中加入金属网可以有效降低弹体侵彻深度和剩余速度、减小弹坑直径、改善局部破坏情况、加快弹体初始动能耗散。适当增加单位面积网格密度或金属网体积分数可以进一步提高金属网增强遮弹层的抗侵彻性能,具体措施有:螺旋布置金属网、增加金属丝丝径、减小金属网孔径、增加金属网层数等。最后,基于数值研究结果,提出预测平行布置金属网增强遮弹层弹体侵彻深度的计算公式,该公式拟合精度较高,可为该遮弹层在防护工程中的具体应用提供有益参考。

新型遮弹层施工方法的应用

结合某项目油库区新型遮弹层(ZDC)的施工,研究总结了具体施工方法,为同类型防护结构的施工积累经验。通过创新使用 HDPE 膜+土袋围堰组成的模板体系结合膜袋混凝土的施工方法,减少了传统模板的使用量,极大地提升了工程的施工效率,并且解决了 ZDC 施工中支模困难等问题。