長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶的理論與數(shù)值分析.pdf

1、近年來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)撞擊問題中的有限直徑金屬厚靶問題，通過理論分析和數(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題和較高速長桿彈侵徹問題兩個(gè)方面，獲得理論侵深預(yù)測模型、完整的材料變形過程和一系列物理量的變化情況及規(guī)律。主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論，考慮中間主應(yīng)力和

2、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（500 m/s~1000 m/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Simpso n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

3、到不同于半無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程中會(huì)發(fā)生消蝕，對(duì)較高速（1000 m/s~2000 m/s）長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶問題進(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)展至線性硬化材料。對(duì)各種靶彈半徑比下此類靶材在高速長桿彈侵徹下的侵深區(qū)間進(jìn)行預(yù)測，客觀充分的發(fā)

4、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，分析影響高速長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶終點(diǎn)效應(yīng)的參數(shù)。
　?。?）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，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

5、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細(xì)比對(duì)侵徹性能的影響。對(duì)不同打擊速度下侵蝕長桿彈侵徹問題進(jìn)行計(jì)算，得到靶體壓力、侵徹深度、彈頭和彈尾速度、彈體長度，以及彈體質(zhì)量等隨時(shí)間的變化規(guī)律，分析彈體開坑特點(diǎn)和產(chǎn)生消蝕現(xiàn)象的彈靶響應(yīng)過程；研究長桿彈彈頭形狀對(duì)低速侵徹和高速侵徹所產(chǎn)生的不同影響。討論過渡區(qū)變形非消蝕長桿彈的變形特點(diǎn)、時(shí)程變化和彈體在減速過程中的狀態(tài)變化。
　?。?）建立彈體入射