【摘要】：本文以金屬靶侵徹的相關(guān)理論為基礎(chǔ),并結(jié)合混凝土侵徹的磨蝕模型,在統(tǒng)一框架下對卵形頭部長桿彈以不同速度侵徹半無限混凝土靶的問題進(jìn)行了理論研究。利用本實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的混凝土動態(tài)計(jì)算本構(gòu)模型對彈體高速撞擊混凝土的響應(yīng)與破壞進(jìn)行了數(shù)值模擬。主要研究成果如下:1.在統(tǒng)一框架內(nèi)提出了卵形長桿彈侵徹半無限混凝土靶的理論模型�；陂L桿侵徹金屬靶理論及卵形彈侵徹混凝土靶的實(shí)驗(yàn)觀察,混凝土侵徹模式根據(jù)彈體沖擊速度的不同可劃分為準(zhǔn)剛體侵徹、變形侵徹和銷蝕侵徹三種模式;在準(zhǔn)剛體侵徹階段,通過引入磨蝕效應(yīng)考慮了卵形彈頭形狀的改變和彈體的質(zhì)量損失;在銷蝕侵徹階段還考慮了彈體銷蝕碎片對混凝土靶的二次侵徹。理論給出了不同侵徹模式轉(zhuǎn)換的臨界速度(剛體速度VR和流體動力學(xué)速度VH),并利用所提出的模型對相關(guān)卵形彈侵徹混凝土靶實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論預(yù)測。結(jié)果表明:從低速到高速范圍內(nèi),對不同工況下的侵徹深度、彈頭形狀、彈體殘余長度(殘余質(zhì)量)、載荷時(shí)程曲線等模型預(yù)測結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)吻合較好,同時(shí)在準(zhǔn)剛體侵徹階段模型預(yù)測的載荷時(shí)程曲線結(jié)果比剛體侵徹模型更準(zhǔn)確。2.利用有限元軟件AUTODYN對卵形彈以不同速度侵徹半無限混凝土靶問題進(jìn)行了數(shù)值模擬。將本實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的混凝土動態(tài)本構(gòu)新模型形成相關(guān)代碼嵌入到AUTODYN-2D軟件中,并對長桿彈侵徹半無限混凝土靶進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:卵形彈侵徹混凝土靶的侵徹深度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,模擬預(yù)測的加速度時(shí)程曲線比剛體模型更加準(zhǔn)確;同時(shí),數(shù)值模擬所給出的不同侵徹模式之間轉(zhuǎn)化的臨界速度(剛體速度VR和流體動力學(xué)速度VH),與理論模型預(yù)測的結(jié)果基本吻合。
【圖文】：

一個(gè)球形（或柱形）空腔以恒定的速度膨脹，用該簡化模型來模擬彈體侵徹半無逡逑限混凝土靶問題。理論認(rèn)為空穴膨脹速度達(dá)到穩(wěn)定后會在介質(zhì)中依次形成幾個(gè)穩(wěn)逡逑定的響應(yīng)區(qū)域，如圖Ｕ所示（金屬材料：塑性區(qū)和彈性區(qū)；混凝土等脆性材料：逡逑破碎區(qū)、開裂區(qū)與彈性區(qū)），結(jié)合運(yùn)動守恒方程、材料的本構(gòu)方程和各區(qū)域邊界逡逑的Ｈｕｇｏｎｉｏｔ階躍條件推導(dǎo)處空穴表面的徑向應(yīng)力。在混凝土侵徹問題中彈體所逡逑受阻力較難通過實(shí)驗(yàn)測量獲得，，應(yīng)用空穴膨脹過程中的表面徑向應(yīng)力來近似彈體逡逑在侵徹過程中所受到的侵徹方向阻力，即可求解出彈體各時(shí)刻受到的靶板阻力，逡逑從而進(jìn)一步積分得到侵徹深度。１９４５年Ｂｉｓｈｏｐ［１９］等人在研宄錐形彈準(zhǔn)靜態(tài)侵入逡逑金屬板問題中首次提出了空穴膨脹模型用于近似彈體在侵徹過程中所受阻力。逡逑Ｈｉｌｌ［２０］和Ｇｏｏｄｉｅｒ［２１］在此基礎(chǔ)上引入材料特性，先后推導(dǎo)出不可壓縮塑性材料逡逑和不可壓縮應(yīng)變硬化材料的空穴膨脹模型。１９７１年，Ｈａｎａｇｕｄ和Ｒｏｓｓ［２２］將模型逡逑推廣到可壓縮材料，隨著材料模型越來越復(fù)雜，空穴膨脹模型的準(zhǔn)確性也有很大逡逑提高。逡逑

圖１．２長桿彈高速侵徹半無限靶的響應(yīng)模型逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TJ410;TU528

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本文編號：2707285