基于侵徹試驗,運用LY-DYNA軟件,有限元法和光滑粒子法相結(jié)合,采用混凝土連續(xù)帽蓋模型,對12.7 mm穿甲彈侵徹小直徑鋼管約束混凝土厚靶機理進行了數(shù)值模擬研究。研究表明:數(shù)值模擬結(jié)果與侵徹試驗吻合較好,可較好地反映鋼管約束混凝土靶核心混凝土側(cè)面環(huán)向裂紋;鋼管對核心混凝土的約束作用主要發(fā)生在彈丸擴孔過程;核心混凝土側(cè)面環(huán)向裂紋的形成是入射壓縮波與靶體背面反射拉伸波及鋼管約束效應共同作用的結(jié)果;鋼管約束混凝土靶的抗侵徹能力優(yōu)于無鋼管約束混凝土靶。
【部分圖文】：

圖112．7mm穿甲彈彈丸組成Fig．1Compositionof12．7mmAPP典型試驗結(jié)果見表1和圖2。其中:Δd為彈丸著靶偏心距，v0為著靶速度，D為漏斗坑直徑，H1為漏斗坑深度，H2和H3為主裂紋位置到迎彈面的距離，H4為侵徹深度;鋼管約束混凝土試件S－1、S－2和S－3分別對應于文獻［8］試件4#、1#和18#第一發(fā)，PVC管混凝土試件P－1和P－2分別對應于文獻［8］試件10#和12#。在PVC管混凝土靶試驗中，彈丸未能嵌于混凝土中，而是帶著剩余動能飛離了混凝土靶，侵徹深度根據(jù)試驗后混凝土上的彈痕測得，因此試件P－1和P－2的H4數(shù)據(jù)可能小于半無限混凝土靶的侵徹深度，且著靶速度越高，差別將越大。從表1和圖2可知:v0≈540m/s時，鋼管約束混凝土靶(S－3)的侵徹深度比PVC管混凝土靶(P－2)約小15%;鋼管約束混凝土靶侵徹后保持完整，具有抗多發(fā)打擊能力;鋼管約束混凝土靶的破壞模式與半無限混凝土靶的最大差別是:由于鋼管的約束作用，核心混凝土側(cè)面出現(xiàn)了環(huán)向裂紋。表1鋼管混凝土靶典型試驗結(jié)果Tab．1Typicalresultsofsteeltubeconcretetargets試件編號Δd/mmv0/(m·s－1)D/mmH1/mmH2/mmH3/mmH4/mmS－10833．3133．332．5174226214S－215838．2133．936．6191263208S－3*541．5＊＊無無80P－1*839．9＊＊無無175P－2*537．1＊＊無無94注:表中*表示未測量或無需測量的數(shù)據(jù)。圖2靶的典型破壞情況Fig．2Typicalfailuremodesoftargets2侵徹試驗的數(shù)值模擬2．1計算模型通過對表1侵徹試驗進行數(shù)值模擬，確定計算模型及參數(shù)。數(shù)值模擬中，假設鋼管約束混凝土靶正面(迎彈面)、背面和鋼管側(cè)面均為自由邊界，并忽略重力的影響;忽略PVC管的作用，假設PVC管混凝土靶外邊界為自由邊界。為了體

圖112．7mm穿甲彈彈丸組成Fig．1Compositionof12．7mmAPP典型試驗結(jié)果見表1和圖2。其中:Δd為彈丸著靶偏心距，v0為著靶速度，D為漏斗坑直徑，H1為漏斗坑深度，H2和H3為主裂紋位置到迎彈面的距離，H4為侵徹深度;鋼管約束混凝土試件S－1、S－2和S－3分別對應于文獻［8］試件4#、1#和18#第一發(fā)，PVC管混凝土試件P－1和P－2分別對應于文獻［8］試件10#和12#。在PVC管混凝土靶試驗中，彈丸未能嵌于混凝土中，而是帶著剩余動能飛離了混凝土靶，侵徹深度根據(jù)試驗后混凝土上的彈痕測得，因此試件P－1和P－2的H4數(shù)據(jù)可能小于半無限混凝土靶的侵徹深度，且著靶速度越高，差別將越大。從表1和圖2可知:v0≈540m/s時，鋼管約束混凝土靶(S－3)的侵徹深度比PVC管混凝土靶(P－2)約小15%;鋼管約束混凝土靶侵徹后保持完整，具有抗多發(fā)打擊能力;鋼管約束混凝土靶的破壞模式與半無限混凝土靶的最大差別是:由于鋼管的約束作用，核心混凝土側(cè)面出現(xiàn)了環(huán)向裂紋。表1鋼管混凝土靶典型試驗結(jié)果Tab．1Typicalresultsofsteeltubeconcretetargets試件編號Δd/mmv0/(m·s－1)D/mmH1/mmH2/mmH3/mmH4/mmS－10833．3133．332．5174226214S－215838．2133．936．6191263208S－3*541．5＊＊無無80P－1*839．9＊＊無無175P－2*537．1＊＊無無94注:表中*表示未測量或無需測量的數(shù)據(jù)。圖2靶的典型破壞情況Fig．2Typicalfailuremodesoftargets2侵徹試驗的數(shù)值模擬2．1計算模型通過對表1侵徹試驗進行數(shù)值模擬，確定計算模型及參數(shù)。數(shù)值模擬中，假設鋼管約束混凝土靶正面(迎彈面)、背面和鋼管側(cè)面均為自由邊界，并忽略重力的影響;忽略PVC管的作用，假設PVC管混凝土靶外邊界為自由邊界。為了體

限元網(wǎng)格畸變，并考慮計算效率，彈孔附近圓柱形區(qū)域內(nèi)采用光滑粒子模型，其余采用有限元模型。鑒于問題的對稱性，建立1/2結(jié)構(gòu)有限元－光滑粒子模型(FEM－SPH)(見圖3)。彈丸和鋼管均采用SOLID164八節(jié)點實體單元，彈丸單元特征尺度小于1mm，共劃分4658個單元;鋼管單元尺寸為5．5mm×1．75mm×2．5mm，共劃分7200個單元。經(jīng)試算，取光滑粒子區(qū)域半徑為25mm(約為彈丸半徑的4倍)較為合適，該區(qū)域先通過有限元軟件形成網(wǎng)格，再由網(wǎng)格形成光滑粒子，粒子間距1．5mm，共劃分36000個粒子單元;外圍混凝土采用SOLID164八節(jié)點實體單元，徑向漸變網(wǎng)格劃分，內(nèi)側(cè)網(wǎng)格較密(最小單元尺寸2．5mm×2mm×2．5mm)，其他區(qū)域網(wǎng)格稀疏(最大單元尺寸7mm×4mm×2．5mm)，共劃分54000個單元。彈丸鉛套、銅皮和鋼芯的接觸面均采用面－面侵蝕接觸(CONTACT_EＲODING_SUＲFACE_TO_SUＲFACE);混凝土光滑粒子區(qū)域與彈丸鉛套、銅皮和鋼芯之間采用點－面侵蝕接觸(CONTACT_EＲODING_NODES_TO_SUＲFACE);混凝土光滑粒子區(qū)域和有限元網(wǎng)格區(qū)域界面采用點－面連接接觸(CONTACT_TIED_NODES_TO_SUＲFACE)。混凝土與鋼管內(nèi)壁接觸面按固結(jié)處理，不考慮滑移。在對稱面上定義對稱邊界條件，對網(wǎng)格節(jié)點的自由度進行約束，同時對處于對稱邊界的光滑粒子使用“虛粒子”，以保證對稱邊界處粒子不會穿越對稱面。彈丸鋼芯采用剛體材料模型(ＲIGID)，彈丸鉛套和鋼管采用彈塑性隨動硬化材料模型(PLASTIC_KINE-MATIC)，銅皮采用JOHNSON_COOK(J－C)模型和GＲUNEISEN狀態(tài)方程。材料模型參數(shù)按文獻［9－10］確定，見表2和表3�；炷敛捎眠B續(xù)帽蓋模型(MAT_CSCM_CON-CＲETE)［6－7］，該模型簡單實用，能較好地體現(xiàn)鋼管約束混凝土侵徹試驗中發(fā)生環(huán)向裂紋的新現(xiàn)象。CSCM模型采用?

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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【共引文獻】

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3 王慶利;趙春雷;王金魚;于淑芹;;CFRP與鋼板的粘結(jié)性能研究[J];四川建筑科學研究;2005年06期

4 王秀麗;夏培;;L形加勁板方鋼管混凝土柱—型鋼梁節(jié)點性能研究[J];四川建筑科學研究;2008年06期

5 胡瀟;錢永久;段敬民;;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的比較研究[J];四川建筑科學研究;2009年01期

6 褚云朋;雷勁松;;新型方鋼管混凝土梁柱節(jié)點力學性能分析[J];四川建筑科學研究;2009年04期

7 胡瀟;錢永久;段敬民;;鋼管混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的地震響應分析[J];四川建筑科學研究;2009年04期

8 吳文平;黃炳生;樊建慧;;3種不同鋼管混凝土本構(gòu)關系模型研究[J];四川建筑科學研究;2009年06期

9 王瑞瑞;楊紹山;陳鵬;;軸壓作用下鋼管混凝土長柱的力學性能研究[J];安徽建筑;2012年01期

10 殷博;;高層建筑中鋼骨—鋼管混凝土組合柱與梁的連結(jié)節(jié)點處理[J];安徽建筑;2012年01期

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1 施劍炯;;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的應用[A];'2011全國鋼結(jié)構(gòu)學術年會論文集[C];2011年

2 施劍炯;;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的應用——淺談中福城二期項目[A];'2011全國鋼結(jié)構(gòu)學術年會論文集[C];2011年

3 趙鑫;傅毅;徐亞豐;;高溫下鋼管—鋼骨混凝土短柱軸壓力學性能有限元分析[A];科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展（A卷）——第七屆沈陽科學學術年會暨渾南高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇文集[C];2010年

4 張洪忱;李忠平;王全勝;錢展們;;兩種新型高抗力拱形結(jié)構(gòu)的動力分析[A];第七屆全國工程結(jié)構(gòu)安全防護學術會議論文集[C];2009年

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8 王來;張小鵬;;方鋼管混凝土在門式剛架廠房中的應用研究[A];鋼結(jié)構(gòu)工程研究（四）——中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會2002年學術交流會論文集[C];2002年

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10 王來;王青;尹燕霞;;鋼管混凝土構(gòu)件抗火性能研究綜述[A];鋼結(jié)構(gòu)工程研究（六）——中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會2006年學術交流會論文集[C];2006年

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4 謝建雄;大尺寸雙肢圓端型鋼管混凝土斜拉橋設計與施工關鍵技術研究[D];武漢理工大學;2011年

5 張方;大跨度預應力混凝土梁橋時變性能及分析方法研究[D];西南交通大學;2011年

6 何文輝;方鋼管混凝土柱—鋼梁組合框架抗震性能研究[D];湖南大學;2009年

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8 萬小梅;力學荷載及環(huán)境復合因素作用下混凝土結(jié)構(gòu)劣化機理研究[D];西安建筑科技大學;2011年

9 仵建斌;方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)滑移基本性能研究[D];西安建筑科技大學;2011年

10 張品樂;短肢剪力墻抗震性能試驗研究及損傷分析[D];西安建筑科技大學;2011年

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2 楊鳳蓮;配置加強箍筋混凝土短柱力學性能試驗研究[D];山東科技大學;2010年

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【二級參考文獻】

相關期刊論文 前2條

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本文編號：2813263