艦船、裝甲車輛等作戰(zhàn)目標(biāo)的防御能力可以分為主動式防御能力和被動式防御能力,其中被動式防御系統(tǒng)是作戰(zhàn)目標(biāo)的最后生命線。隨著科技的進步和現(xiàn)代戰(zhàn)場的需求,各國都在積極發(fā)展具有較高命中精度和較強反偵察能力的新型制導(dǎo)武器。提高作戰(zhàn)目標(biāo)的被動式防御性能,可使目標(biāo)遭受打擊后產(chǎn)生的損傷后果縮小,是提高作戰(zhàn)目標(biāo)生命力的重要手段之一,所以在發(fā)展主動式防御能力的同時,大力發(fā)展被動式防御能力具有較強的現(xiàn)實意義。泡沫鋁是一種結(jié)構(gòu)和功能一體化的新型材料,其金屬基體內(nèi)含有大量規(guī)則或不規(guī)則的胞孔,相對于連續(xù)介質(zhì)材料,其具有輕質(zhì)、高能量吸收等優(yōu)異的力學(xué)性能。但是由于單純的泡沫鋁強度不高,往往需要復(fù)合其它材料以增強其力學(xué)性能。泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)是由兩層強度較高且厚度較薄的面板與泡沫鋁夾芯層通過一定的粘合技術(shù)復(fù)合而成,這種類似于三明治結(jié)構(gòu)既具有夾芯層泡沫鋁輕質(zhì)、高能量吸收的優(yōu)點,又具有面板材料強度高的優(yōu)點,在車輛、船舶、航空和航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。泡沫鋁夾芯板作為防護材料使用時,常常會受到不同形狀破片或彈丸的撞擊作用,故研究其抗侵徹能力具有重要意義。本文構(gòu)建了泡沫鋁夾芯板的細觀結(jié)構(gòu)幾何模型,利用LS-DYNA對其抗侵徹能力進行研究,主要研究內(nèi)容和成果為以下四點:(1)首先分析了錐形彈丸和鈍頭彈丸分別侵徹薄鋁靶和泡沫鋁夾芯板的過程。利用能量守恒定律和動量守恒定律,推導(dǎo)得出錐形子彈和鈍頭子彈侵徹金屬薄靶的彈道極限速度和剩余速度。利用空穴膨脹理論和牛頓運動定律,建立了一種彈丸侵徹泡沫鋁夾芯板的多階段動力學(xué)理論模型。(2)基于滲流法構(gòu)建了一種開孔泡沫鋁的細觀結(jié)構(gòu)幾何模型,并在動態(tài)條件下研究其壓縮力學(xué)性能。本文提出了一種基于滲流法的開孔泡沫鋁幾何模型構(gòu)建方法,采用SPH算法,通過離散元軟件PFC3D和自編的前處理程序生成幾何模型,分別在準靜態(tài)條件和動態(tài)條件下,利用LS-DYNA對其單軸壓縮力學(xué)響應(yīng)進行研究。結(jié)果表明:基于滲流法的開孔泡沫鋁細觀結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬方法較真實的體現(xiàn)出泡沫鋁胞孔空間排列的隨機性,計算得到的平臺區(qū)應(yīng)力與理論計算相符,利用SPH算法能夠再現(xiàn)泡沫鋁的動態(tài)壓縮過程以及觀察到內(nèi)部胞孔的變形過程。(3)采用兩種不同形狀的子彈分別侵徹金屬薄靶和泡沫鋁夾芯板,計算得到彈道極限速度、剩余速度和靶板的損傷情況。利用基于滲流法的開孔泡沫鋁幾何模型構(gòu)建方法,建立了泡沫鋁夾芯板的細觀結(jié)構(gòu)幾何模型,利用前處理軟件TrueGrid構(gòu)建了兩種不同形狀的彈丸幾何模型。利用有限元軟件LS-DYNA,模擬得到了彈丸分別侵徹薄鋁靶和泡沫鋁夾芯板的剩余速度和彈道極限速度。結(jié)果表明:使用泡沫鋁材料作為夾芯層能顯著提高靶板的抗侵徹效能,與錐頭彈丸相比,泡沫鋁抗鈍頭彈丸侵徹的能力更為顯著。(4)從泡沫鋁夾芯板與僅有面板材料、錐形子彈與鈍頭子彈和泡沫鋁夾芯板各組成部分等三個維度對泡沫鋁夾芯板抗彈能力進行研究。結(jié)果表明:泡沫鋁夾芯板的能量吸收大小大于單純的面板材料;隨著彈丸初始速度的增加,靶板的吸能能力也隨之增加;錐形子彈與鈍頭子彈對靶板的損傷情況不同,導(dǎo)致靶板各組成部分吸能大小產(chǎn)生差異。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ410;TJ04

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮陽;梁增友;吳鴻超;陳智剛;;基于滲流法的泡沫鋁細觀結(jié)構(gòu)模型研究[J];中北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年01期

2 范志庚;陳常青;萬強;;泡沫鋁率相關(guān)性能的有限元模擬[J];爆炸與沖擊;2014年06期

3 祖國胤;劉佳;李小兵;孫世亮;;泡沫鋁夾芯板低速沖擊性能研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年11期

4 王長峰;鄭志軍;虞吉林;;泡沫桿撞擊剛性壁的動態(tài)壓潰模型[J];爆炸與沖擊;2013年06期

5 梁增友;高位;陳智剛;;泡沫金屬/金屬管塑性變形緩沖器降低彈載設(shè)備過載的數(shù)值模擬[J];兵工學(xué)報;2013年08期

6 張斌;田義宏;趙永剛;;戰(zhàn)斗部破片對艦船毀傷效應(yīng)研究[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2012年03期

7 楊飛;王志華;趙隆茂;;泡沫鋁夾芯板抗侵徹性能的數(shù)值研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2011年15期

8 王志峰;趙維民;許甫寧;王志國;賈俊青;;多孔金屬材料的制備方法及研究進展[J];中國鑄造裝備與技術(shù);2011年01期

9 張健;趙桂平;盧天健;;閉孔泡沫鋁應(yīng)變率效應(yīng)的試驗和有限元分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2010年05期

10 嚴波;彭興寧;潘建強;;艙室爆炸載荷作用下舷側(cè)防護結(jié)構(gòu)的響應(yīng)研究[J];船舶力學(xué);2009年01期

相關(guān)會議論文 前1條

1 包永剛;張年梅;楊桂通;;卵形彈正穿甲三層泡沫鋁復(fù)合層靶[A];塑性力學(xué)新進展——2011年全國塑性力學(xué)會議論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 牛衛(wèi)晶;沖擊載荷下泡沫鋁夾芯防護結(jié)構(gòu)的侵徹動力學(xué)行為研究[D];太原理工大學(xué);2015年

2 王長峰;泡沫金屬的動態(tài)壓潰模型和率敏感性分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 敬霖;強動載荷作用下泡沫金屬夾芯殼結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為及其失效機理研究[D];太原理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 陳鵬;泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 樊海平;泡沫芯體夾層板抗侵徹性能研究[D];寧波大學(xué);2009年

本文編號：2810460