【摘要】：混凝土在遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。約束混凝土在抗彈方面比普通混凝土具有明顯優(yōu)勢。本文針對現(xiàn)有約束混凝土抗侵徹研究的嚴(yán)重不足,開展鋼管約束混凝土抗侵徹性能和機(jī)理研究,包括侵徹試驗、數(shù)值模擬和理論分析。本文的研究為遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用提供了參考,具有重要的學(xué)術(shù)價值和軍事意義。本文主要工作如下:1、進(jìn)行了12.7mm硬芯槍彈打擊鋼管約束混凝土靶的侵徹試驗,研究了彈著點(diǎn)偏心、撞擊速度、鋼管直徑和壁厚對靶體抗侵徹性能的影響以及鋼管約束混凝土靶的抗多發(fā)打擊性能。結(jié)果表明:彈丸侵徹下靶體迎彈面混凝土表現(xiàn)出裂紋-粉碎響應(yīng)模式;彈丸偏心會導(dǎo)致侵深小幅度增加,偏心較大時鋼管易產(chǎn)生鼓曲和撕裂等現(xiàn)象;撞擊速度越大,侵深增加的越明顯;鋼管直徑越小、壁厚越大,靶體的抗侵徹能力越強(qiáng),但壁厚太小靶體易發(fā)生無效防護(hù),壁厚過厚侵深減小不明顯,經(jīng)濟(jì)性差;對于本文試驗用鋼管約束混凝土靶,單發(fā)侵深較半無限靶可減小20%;小直徑鋼管約束混凝土靶能有效抵抗3發(fā)打擊,在最終侵深和靶體損傷等方面都優(yōu)于半無限靶。2、在侵徹試驗基礎(chǔ)上,運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA開展了鋼管約束混凝土靶抗侵徹機(jī)理的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:隨著彈丸的侵入,靶體混凝土損傷大致可分為形成漏斗坑階段和隧道區(qū)侵徹階段;混凝土應(yīng)力區(qū)域的擴(kuò)展在侵徹初期同半無限靶,呈半球形向下擴(kuò)展,后來由于鋼管的約束作用逐漸形成近似平面波向下擴(kuò)展;鋼管壁單元環(huán)向應(yīng)力遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)力,鋼管應(yīng)力響應(yīng)與混凝土基本同步,對于給定截面,當(dāng)彈丸侵徹到該截面位置時鋼管約束作用最大;對本文試驗所用彈丸和速度(820m/s左右),當(dāng)靶徑/彈徑比大于31.9時,靶體可以作為半無限靶看待。3、針對現(xiàn)有剛性彈侵徹半無限混凝土靶侵深公式對鋼管約束混凝土靶的不適用性,基于Forrestal侵深模型,結(jié)合硬芯槍彈侵徹鋼管約束混凝土靶的特點(diǎn),建立了與鋼管約束剛度相關(guān)的侵深預(yù)測公式,與本文試驗結(jié)果和文獻(xiàn)試驗結(jié)果比較表明:所建立的侵深公式能較為準(zhǔn)確地預(yù)測鋼管約束混凝土靶抗硬芯槍彈單發(fā)和多發(fā)打擊侵深。本文研究表明,鋼管約束混凝土具有優(yōu)越的抗單發(fā)和多發(fā)打擊性能,具體表現(xiàn)在能有效減小靶體混凝土損傷范圍和彈丸侵深;在進(jìn)行靶體設(shè)計時需綜合考慮抗彈性能和經(jīng)濟(jì)性等各方面的因素,即進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
【圖文】：

試驗考慮了彈著點(diǎn)偏心距、撞擊速度以及靶體鋼管直括小直徑鋼管約束混凝土靶和半無限靶的單發(fā)打擊試小直徑鋼管混凝土靶。試驗分析了各因素對鋼管約束，得到了鋼管直徑和壁厚的較優(yōu)配置，并對小直徑鋼擊性能進(jìn)行了較為深入的研究，為第三章數(shù)值模擬和依據(jù)。2.1 侵徹試驗方案丸與靶體方案設(shè)計用彈丸為 12.7mm 鎢芯穿甲槍彈，彈丸結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所合金彈芯、鋼套、鉛套和銅皮，鋼套前端部分和彈丸重47.4~49g，長59.5mm，直徑12.7mm。鎢芯重19.7g，減藥時彈丸出口速度 810~825m/s。

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文試驗加載裝置為 12.7mm 口徑彈道槍（圖 2.4a），槍口與靶面距離為 7.5m出口速度通過增、減裝藥量來調(diào)節(jié)。測速裝置由光幕靶（圖 2.4b）及六路時儀（圖 2.4c）組成。通過測時儀（精度 1μs）測量彈丸通過兩光幕靶間距）所用時間來計算平均速度。因光幕靶中心距離靶體較�。�3.8m），彈丸減可忽略不計，故本文以彈丸通過光幕靶的平均速度作為彈丸著靶速度（度）。攝像裝置采用型號為 FASTCAM SA1.1 的高速攝像機(jī)（圖 2.4d），，攝的最大空間分辨率為 1024×1024pix，最大幀頻為 6.75×105fps，用于輔彈體著靶姿態(tài)及迎彈面混凝土飛濺現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

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2 賴建中;朱耀勇;徐升;過旭佳;;超高性能水泥基復(fù)合材料抗多次侵徹性能研究[J];爆炸與沖擊;2013年06期

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本文編號：2549413