任意头形弹丸侵彻地质材料的理论分析模型

为了推广Forrestal侵彻方程的应用范围 ,基于球面空腔膨胀理论 ,用分析方法推导出弹丸垂直侵彻半无限厚地质材料的侵彻方程 ,建立了任意头形刚性弹丸侵彻地质材料的理论分析模型。试验数据和数值模拟结果表明 ,该模型能对地质材料侵彻过程中的弹丸速度、加速度和最终侵深等参数作出较为准确的预估。

超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻性能研究

采用普通混凝土成形工艺和热水养护制度,制备出了抗压强度120～250 MPa的超高性能水泥基复合材料.在获得优异静态力学性能的基础上,进行了超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻研究,分析了侵彻过程中的靶体破坏形态.根据获得的侵彻深度数据,在J.T.Gomez等提出的多次侵彻模型基础上,修正了与靶体抗压强度有关的多次侵彻深度计算经验方程.

弹体冲击混凝土半无限靶的侵彻阻力与深度计算

假设弹体是刚性的,将弹体侵彻冲击作用下的混凝土靶体划分为粉碎区、径向裂缝弹性区与原始弹性区,并认为侵彻粉碎区域内的混凝土材料处于类似于流体动力学状态,可采用水动力模型。根据伯努利方程推得了细长杆弹侵彻阻抗力的公式,进而求出锥形弹头侵彻阻抗力的等效平面解,得到了弹体的侵彻深度。利用实弹进行了以不同速度侵彻不同强度的混凝土靶体的验证计算,并与多个经验公式做了对比。结果表明,该模型是合理的,与经验公式相比计算结果趋于保守。

平头弹在岩石(混凝土)介质中的侵彻计算方法

采用刚塑性不可压缩的介质模型 ,用极限分析理论的上限方法 ,通过建立动力学许可速度场得到介质对弹体侵彻的静阻力分量 ,通过破碎介质动量守恒条件得到弹体侵彻的动阻力分量 ,在模型中还考虑了介质的尺度关系和弹体的弹头形状两种影响因素。侵彻过程中的速度、加速度、阻力和经历时间通过弹体的运动方程增量计算得到。通过与几种常用经验公式比较说明了本文方法的实用和可靠性。

基于盖帽模型的混凝土动态球型空腔膨胀模型和侵彻阻力分析

为了获得弹丸高速侵彻混凝土介质的阻力方程,提出了一种基于混凝土盖帽模型的球形动态空腔膨胀模型。利用一般形式的状态方程和屈服准则描述混凝土材料的动态力学特性,获得了通用混凝土球形空腔膨胀模型的动态响应表达式。通过引入Dracker-Prager Cap屈服模型,在新的空腔膨胀模型中考虑了混凝土高压下的屈服软化特性。计算结果表明:采用带剪切饱和的Mohr-Coulomb屈服准则与Tresca屈服准则推导出的阻力方程在高速阶段与盖帽模型差别较大。实验结果证明:基于盖帽模型的球形空腔膨胀模型因考虑混凝土高压屈服软化特性与实验结果具有更好的一致性。

弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律理论研究

为研究弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律,分别用修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Gruneisen状态方程描述高速侵彻下混凝土材料的屈服行为和弹体材料的体积变形,并考虑弹体材料的侵蚀效应,建立了弹体正侵彻半无限混凝土靶的运动方程和混凝土响应描述方程.理论模型的数值解表明,当着靶速度较高时,混凝土的破坏特性和弹体的可压缩性对侵彻效果有较显著的影响.所发展的理论模型能够较好地预测高速弹丸的侵彻特性.

混凝土靶体计及压实效应的球腔动态膨胀模型和侵彻计算

建立了一混凝土靶体的球腔动态膨胀的侵彻模型。靶体的静水压力-体积应变关系考虑了不同的密实混凝土模型。也研究了混凝土作为多孔材料在高压下的压实效应。混凝土有拉伸强度极限值,其剪切强度与压力相关为Mohr-Coulomb定律。球腔动态膨胀模型考虑球对称空腔在无限介质里从零半径开始以常速度膨胀,产生一塑性区和一弹性区。当膨胀速度足够小时,由于介质的低拉伸强度,塑性区和弹性区之间可存在一径向裂纹区。可由解析方法获得空腔表面压力和弹塑性区界面传播速度随空腔表面扩张速度变化的曲线,再由球腔动态膨胀模型所得的空腔表面压力分布用于计算混凝土靶体的刚性杆弹侵彻深度。本文模型的计算结果与经验公式,不可压缩和线性可压缩混凝土模型的进行了比较。

钢纤维混凝土靶板在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

针对混凝土力学性能的特殊性,以及侵彻过程中高速碰撞的特殊性,合理的选用材料模型及接触算法等参数,运用LS-DYNA3D对弹体侵彻混凝土进行了数值模拟,再现了弹体侵彻混凝土时,应力的传播以及混凝土的开裂破坏等现象。数值计算的结果与实验结果具有良好的一致性,计算误差约为10%。

SPH方法中本构模型及在侵彻问题中的应用

研究侵彻问题中,在自编的光滑流体动力学SPH(smoothed particle hydradanamic)程序中引入两类本构模型,一类考虑状态方程的影响,一类采用弹塑性本构积分。对相同子弹冲击飞机蒙皮的算例进行了模拟分析。数值算例验证了弹性预估-塑性校正算法的稳定性和求解精度,给出了侵彻过程中靶板的破坏形式、等效应力等的演化规律,并分析了物态方程和弹塑性本构模型对侵彻的影响。

柔性蜂窝防护结构抗侵彻数值模拟

为研究由高密度聚乙烯组成的柔性蜂窝防护结构的抗侵彻性能,通过建立有限元模型分析柔性蜂窝防护结构在弹体侵彻过程中的力学表现。将有限元模型数值模拟与实际枪弹试验进行对比,发现模拟值与试验值较为相符。此外,分析了不同弹体数量、弹体射入点和弹体射入角对柔性蜂窝防护结构有限元模型的影响及其破坏效应,结果表明:弹体射入角会影响弹体的运动轨迹和所受阻力,2枚弹体的侵彻深度较1枚弹体侵彻深度小,说明该柔性蜂窝防护结构具有一定的耗能作用且其抗二次打击能力较好。

刚性卵形弹丸对半无限厚铝合金靶的穿深方程

基于圆柱形空腔膨胀模型,将靶板变形所做的塑性功等效为刚性弹在整个侵彻过程所消耗的动能,对用于计算刚性卵形弹侵彻半无限厚铝合金靶板的侵深公式进行了推导。利用MTS万能试验机对2A12T4、6061T6、7075T6共3种铝合金材料进行了室温下的静态力学性能实验,得到了它们的真实应力-应变曲线,并将各参数代入侵深方程进行计算。通过12.7 mm穿燃弹侵彻3种铝合金靶板的末端弹道试验,得到了不同速度下3种铝合金靶板的侵彻深度,并与理论结果进行了对比验证。结果表明:该理论模型与试验结果吻合良好,推导得到的穿深方程较为可靠。同时,靶板材料的应力-应变数据的可靠性对模型预测的准确性有较大的影响。

超高强度钢G31的动态力学性能及断裂阈值

为了研究超高强度钢G31的动态力学性能,通过对G31钢进行动、静态力学性能实验,得到G31钢的动、静态力学性能,并由实验数据拟合得到了G31钢的本构方程。通过金相显微镜观察了实验前后试样的金相图。结果表明:在动态压缩条件下,G31的力学行为表现为变形初期的应变强化阶段和变形后期的温度软化阶段;在变形后期实验曲线与拟合本构方程曲线有较大差异。仿真对比分析结果证实,变形温升是造成该差异的主要原因。观察金相图发现,材料在较高应变率下发生绝热剪切断裂,并由相关理论计算得到了试件的绝热剪切断裂阈值范围。

激光选区熔化成型15-5PH不锈钢动态力学性能研究

为了研究激光选区熔化(SLM)成型15-5PH不锈钢的动态力学性能,对SLM成型15-5PH不锈钢试件开展动、静态压缩力学试验,获取力学性能参数,拟合其动态本构模型,并与锻造15-5PH不锈钢进行对比。结果表明:SLM和锻造15-5PH不锈钢准静态屈服强度分别为1418 MPa和1295 MPa,SLM成型15-5PH不锈钢提高了9.5%,并且加工硬化更显著;SLM成型工艺有助于15-5PH钢抵抗温度软化效应,提高动态屈服强度峰值;SLM技术应用于15-5PH不锈钢具备可行性。

长杆弹垂直撞击半无限厚靶板的计算

本文对长杆弹垂直撞击半无限厚靶的问题作了探讨,在准定常假定下得到了剩余弹长及穿甲深度的解析式。文中还得出了下述结论:穿甲深度正比于长杆弹的初始弹长而与弹的初始弹径无关。