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刚性弹侵彻理论分析以及SHPB数值试验

李继承  
【摘要】: 本文研究工作主要分为两部分:第一部分为刚性弹侵彻的相关理论分析,包括第二章以及第三章的内容;第二部分为基于921A钢纯剪切帽状试件的SHPB数值试验,其内容包含第四章以及第五章。 首先第一章为绪论,综述了刚性弹侵彻动力学理论研究的相关进展,包括刚性弹侵彻素混凝土靶、金属靶以及土壤的理论模型,并概括了刚性弹侵彻动力学中的无量纲数;同时简要回顾了数值模拟在SHPB技术以及绝热剪切研究中的应用。 第二章根据刚性弹侵彻动力学的无量纲侵彻深度公式,理论分析刚性弹侵彻过程中弹丸所受的靶板阻力,并从冲量角度讨论常侵彻阻力假设适用的撞击速度阈值V_c,得出其统一的表达式,并求出针对不同弹靶系统的相应V_c值。根据相关的数值模拟结果,进一步验证所求V_c的正确性,同时也检验不同侵彻深度公式的适用范围。 第三章通过比较刚性弹侵彻不同靶材的侵彻深度,提出不同靶材之间可以互相替换进行试验研究的思路。讨论相同弹丸在相同撞击速度下对不同靶材的侵彻深度的比例关系。结合现有相关试验中的试验数据来验证和分析对于不同靶材无量纲侵彻深度公式的实用范围以及不同靶材之间互相替换的可行性,最终得出具有工程实用意义的结论。 第四章结合相关试验,应用ANSYS/LS-DYNA软件,开展了一系列基于921A钢纯剪切帽状试件的SHPB数值试验。结合SHPB系统应力波理论,研究不同加载速率V_0(或应力脉冲σ_1(t))下,特别是高应变率情形中的压杆轴向应变波形以及相应的试件动态变形特性,并对高速撞击情况下压杆中应变波形的适用性作相关讨论。 第五章结合第四章中的SHPB数值试验结果,研究试件的绝热剪切行为,分析试件内绝热剪切带(ASB)的产生、发展以及相应的试件温度场分布。研究ASB尖端的应力应变场以及温度场、ASB的扩展速度、ASB的带宽以及ASB的类型等。 最后在第六章对全文工作进行总结,并给出下一步工作的建议。


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