【摘要】：近年來(lái)局部沖突和恐怖襲擊的頻繁出現(xiàn),對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形成巨大威脅,促使高速撞擊動(dòng)力學(xué)成為爆炸力學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一。本文針對(duì)撞擊問(wèn)題中的有限直徑金屬厚靶問(wèn)題,通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬,考慮金屬厚靶側(cè)面自由邊界的影響,將其劃分為中低速剛性彈侵徹問(wèn)題和較高速長(zhǎng)桿彈侵徹問(wèn)題兩個(gè)方面,獲得理論侵深預(yù)測(cè)模型、完整的材料變形過(guò)程和一系列物理量的變化情況及規(guī)律。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果包括以下幾個(gè)方面:(1)采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論,考慮中間主應(yīng)力和靶體側(cè)面自由邊界的影響,得到兩種本構(gòu)關(guān)系靶材在彈塑性階段和塑性階段的空腔壁徑向應(yīng)力,求出適用范圍更廣、精確度更高的中低速(500m/s~1000m/s)卵形剛性彈在侵徹有限直徑金屬厚靶時(shí)侵徹阻力、侵徹深度計(jì)算公式,得到不同撞擊速度下拉壓強(qiáng)度相等的各類(lèi)靶材侵徹深度的區(qū)間。將卵形彈侵深公式擴(kuò)展至錐形彈和球形彈,研究彈頭形狀對(duì)侵徹性能的影響。采用Simpson方法對(duì)所得公式求解,討論侵徹深度與強(qiáng)度參數(shù)、彈體撞擊速度以及靶體半徑的關(guān)系,得到不同于半無(wú)限大靶體侵徹性能的結(jié)論。(2)建立基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的有限柱形空腔膨脹模型,考慮彈體在高速侵徹過(guò)程中會(huì)發(fā)生消蝕,對(duì)較高速(1000m/s~2000m/s)長(zhǎng)桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶問(wèn)題進(jìn)行研究,得到考慮中間主應(yīng)力的理想彈塑性材料靶體在彈體高速侵徹時(shí)產(chǎn)生的阻力和理論侵深計(jì)算模型,與彈道試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,并將所得計(jì)算模型擴(kuò)展至線(xiàn)性硬化材料。對(duì)各種靶彈半徑比下此類(lèi)靶材在高速長(zhǎng)桿彈侵徹下的侵深區(qū)間進(jìn)行預(yù)測(cè),客觀充分的發(fā)揮了靶體材料的抗侵徹強(qiáng)度潛能。利用MATLAB軟件編制程序進(jìn)行求解,分析影響高速長(zhǎng)桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶終點(diǎn)效應(yīng)的參數(shù)。(3)利用顯式動(dòng)力學(xué)程序ANSYS/LS-DYNA程序,針對(duì)材料特點(diǎn)選用不同本構(gòu)模型建立卵形剛性鋼彈侵徹有限直徑鋁合金厚靶和高速鎢制長(zhǎng)桿彈侵徹有限直徑鋼厚靶數(shù)值模型。計(jì)算剛性彈侵徹深度、速度、減加速度的完整時(shí)程曲線(xiàn),揭示侵徹行為的變化規(guī)律;分析各種工況下靶體自由邊界對(duì)抗侵徹性能的影響程度,將忽略靶體側(cè)面自由邊界影響的條件精確至具體值;從彈體侵徹深度、目標(biāo)的毀傷效果角度討論彈體的初速度及長(zhǎng)細(xì)比對(duì)侵徹性能的影響。對(duì)不同打擊速度下侵蝕長(zhǎng)桿彈侵徹問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算,得到靶體壓力、侵徹深度、彈頭和彈尾速度、彈體長(zhǎng)度,以及彈體質(zhì)量等隨時(shí)間的變化規(guī)律,分析彈體開(kāi)坑特點(diǎn)和產(chǎn)生消蝕現(xiàn)象的彈靶響應(yīng)過(guò)程;研究長(zhǎng)桿彈彈頭形狀對(duì)低速侵徹和高速侵徹所產(chǎn)生的不同影響。討論過(guò)渡區(qū)變形非消蝕長(zhǎng)桿彈的變形特點(diǎn)、時(shí)程變化和彈體在減速過(guò)程中的狀態(tài)變化。(4)建立彈體入射傾角從0°~70°的一系列斜侵徹模型進(jìn)行仿真計(jì)算,得到侵徹軌跡、侵徹深度、彈體速度、減加速度,以及侵徹過(guò)程中軌跡角等物理量的變化曲線(xiàn),結(jié)合斜侵徹彈靶響應(yīng)分析,探討了不同范圍入射傾角和靶彈半徑比對(duì)斜侵徹性能的影響規(guī)律;在斜侵徹模型的基礎(chǔ)上,對(duì)13組不同正、負(fù)攻角的情況進(jìn)行計(jì)算,分析攻角對(duì)靶體的毀傷影響,研究了有攻角斜侵徹過(guò)程中彈體的偏轉(zhuǎn)、彈道形狀的改變,以及攻角對(duì)彈體侵徹性能的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TJ410

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691730