【摘要】：混凝土作為一種建筑材料在軍事設施和民用工程中得到了廣泛的應用,由于橡膠粉或橡膠顆粒的摻入能夠明顯改善混凝土的延性,因此橡膠混凝土在公路路面、橋墩橋面、機場跑道、水壩碼頭甚至是抗沖、抗震等現(xiàn)代防護結(jié)構(gòu)中的應用研究逐漸受到廣大學者們的關注和重視。本文基于LS-DYNA非線性有限元軟件對平頭彈沖擊橡膠混凝土疊合靶板的過程進行三維數(shù)值分析,通過與相關文獻實驗結(jié)果比對,驗證了所選材料模型、參數(shù)設置、網(wǎng)格劃分等的合理性。分別研究了變厚度混凝土靶板、橡膠混凝土靶板和橡膠混凝土疊合靶板在平頭彈沖擊下的響應和抗沖擊效果。本文的研究為推廣橡膠混凝土在防護結(jié)構(gòu)中的應用起到了十分積極的意義,同時也為橡膠混凝土防護結(jié)構(gòu)的設計和安全評估提供了有益借鑒。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)通過以相關文獻實驗為參考和依據(jù),構(gòu)建平頭彈撞擊混凝土靶板有限元模型,模擬混凝土靶板在不同沖擊速度下的裂紋形貌。數(shù)值模擬得出的裂紋形貌與實驗的破壞形貌十分相似,表明數(shù)值模擬結(jié)果和實驗結(jié)果吻合度較高,驗證了該數(shù)值模擬方法的合理性。(2)對平頭彈撞擊等厚度和變厚度混凝土靶板問題進行模擬研究。一般來說,撞擊產(chǎn)生的沖擊應力波傳播到靶板背面會產(chǎn)生反射拉伸波,該拉伸波是導致靶板背面出現(xiàn)痂斑破壞的主要因素。為了研究反射自由面的影響,文中研究了變厚度混凝土靶板(即靶板背面呈斜坡狀)在彈丸撞擊下背面的破壞情況。研究發(fā)現(xiàn)與等厚度靶板的背面破壞情況不同,變厚度混凝土靶板痂斑破壞最嚴重的位置是在靶底中間偏厚度較薄的一側(cè)。(3)對平頭彈撞擊普通混凝土靶板和橡膠混凝土混凝土靶板進行數(shù)值模擬。對比分析了混凝土靶板在不同撞擊速度下的破壞特征和抗沖擊效果。在較低撞擊速度下,兩者的破壞模式為整體型破壞,橡膠混凝土靶板的抗沖擊效果較好;在較高撞擊速度下,橡膠混凝土靶板的抗沖擊效果則會減弱。(4)對平頭彈撞擊橡膠層厚度不同的橡膠混凝土疊合靶板進行數(shù)值研究。對比分析了疊合靶板在不同撞擊速度下的破壞特征和抗沖擊效果,發(fā)現(xiàn)在一定的撞擊速度條下,橡膠混凝土良好的變形性和耗能能力,可效抑制裂紋的產(chǎn)生,削弱撞擊力和單元應力,起到很好的緩解外來荷載的沖擊作用,提高疊合靶板的整體抗沖擊性能。
【圖文】：

擊作用下破壞響應研究的重要內(nèi)容。近年來雖然國際總體上處于和平和發(fā)展的狀態(tài)，但在局部地區(qū)仍有戰(zhàn)事不斷發(fā)生。更讓人不安的是，自“9.11”事件之后，恐怖襲擊變得愈發(fā)頻繁，這對人民的人身和財產(chǎn)安全帶來巨大威脅，給社會經(jīng)濟帶來巨大損失。這些不穩(wěn)定因素提醒著我們雖然身處和平年代，但我們國防安全意識不可懈怠。因此，，對彈丸侵徹混凝土靶體的研究一直都是一個比較活躍的課題，引起了眾多學者的關注。學者們從經(jīng)驗公式、理論模型和數(shù)值模擬三個方面對混凝土撞擊和侵徹問題展開了大量研究，并且取得了豐富的研究成果。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀平頭彈沖擊混凝土靶板時會導致靶體發(fā)生局部響應或整體性破壞。靶體損壞形式受到彈丸沖擊速度、彈丸直徑、彈丸形狀、靶板材料和靶板形狀等多種因素的影響。因此，會導致靶板發(fā)生侵徹破壞、厚度方向錐形開裂、痂斑破壞、貫穿破壞和整體結(jié)構(gòu)響應等破壞類型（如圖 1-1（a~e）所示）。

尹放林等[34]利用空腔膨脹理論中的應力與速度了彈體初始偏航角和傾斜角對彈體侵徹過程的影響。藺建勛法提出了一種考慮土壤、混凝土交界面效應的球形空腔膨脹理丸垂直侵徹土壤混凝土復合介質(zhì)的侵徹模型。文鶴鳴[36]采用準分析了平頭彈正撞下簡支圓板的變形和穿透問題。利用虛功原移關系,以此預測低速沖擊下圓板的吸能能力。在不發(fā)生絕熱提下,并且考慮材料的應變率敏感性時，理論預測和實驗結(jié)果吻ng[37]利用二階段模型分析法，研究了平頭彈貫穿有限厚度鋼筋題。王明洋等[38]采用剛塑性不可壓縮的介質(zhì)模型，用極限分析究平頭彈在有限厚度介質(zhì)中的侵徹問題。Chen[39]利用連續(xù)損土靶板的侵徹問題，預測卵形彈的殘余速度。咸玉席等[40]研究混凝土靶板厚度方向開裂破壞的半分析模型，如圖 1-2 所示：受到的侵徹阻力由靜阻力和速度效應引起的動阻力組成；在開土靶板發(fā)生動態(tài)剪切破壞的最大承載力可以由靜態(tài)剪切破壞個動態(tài)增強因子得到。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TJ410;TU37;E95

【參考文獻】

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本文編號：2626465