收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锥头弹丸正撞击下金属靶板破坏模式的理论和数值模拟研究

孙炜海  
【摘要】: 本文对刚性锥头弹丸侵彻延性金属靶板的问题进行了较全面的理论研究和数值模拟。分析了不同模式下的破坏现象与破坏机理,建立了适用于不同破坏模式的侵彻模型,成功预测了弹道极限、侵彻耗能和残余速度。研究了不同破坏模式的转化关系,提出了一个适用于不同锥角的刚性弹丸撞击延性金属靶板的靶板破坏模式相图。利用ABAQUS的二次开发模块VUMAT,嵌入了含损伤的JC本构程序,并成功用于不同锥角弹丸正撞击金属靶板的数值模拟。本文的研究和结论可以用于弹丸几何尺寸的优化设计,也可以用来进行防护结构的安全计算(设计)和安全评估。本文的主要内容包括一下几个方面: 系统地研究了锥头弹丸撞击下金属靶板的扩孔破坏。假定会属薄靶板的变形由整体变形和局部变形两部分构成,局部变形分析采用采用准静态的柱形空穴膨胀理论结合构造的考虑靶板背面自由表面效应的柱形空穴膨胀理论的修正函数,给出了靶板对弹丸阻力的表达式,从而计算出局部变形耗能。整体变形的分析采用Wen-Jones模型的近似准静态方法,认为靶板的受力达到靶板的极限载荷后才发生整体变形,靶板的整体变形满足一定的载荷一位移关系,从而计算出整体耗能。通过推导给出了薄靶板的临界穿透耗能公式和弹道极限公式。然后讨论了模型的适用范围,根据靶板是否发生整体变形给出了一个区分薄靶和厚靶的判断条件。对于厚靶的穿透,假定靶板只发生局部变形,改进了的Wen的有关侵彻力的半经验公式,静阻力部分由准静态空穴膨胀结合自由表面修正效应函数给出,动阻力部分与弹丸的瞬时速度有关,结合运动方程给出了弹丸的残余速度和靶板的弹道极限公式。公式的预测结果与实验数据非常吻合。 建立了锥头弹丸撞击下靶板发生冲塞破坏的理论模型。对Wen-Jones模型进行了扩展,考虑了弹头压入阶段消耗的能量,分析了带有总体变形的薄靶的冲塞破坏。对于厚靶的冲塞破坏,只考虑局部变形的影响。首先,研究了平头弹丸正撞击下金属靶板的绝热剪切冲塞破坏,在考虑了一个热粘塑性本构的基础上修正了Bai-Johnson模型,得到了穿透能量、弹丸残余速度和弹道极限的计算公式,并与文献中的相关实验结果进行了比较。并结合Wen-Jones模型研究了带有整体变形的局部简单剪切破坏向局部化的绝热剪切冲塞破坏的临界转化条件。然后将建立的平头弹丸的绝热剪切冲塞破坏模型推广到锥头弹丸的绝热剪切冲塞破坏。 对于锥头弹丸撞击下厚靶的冲塞破坏分为两种情况:两阶段模型和三阶段模型。两阶段模型包括压入阶段和绝热冲塞阶段:三阶段模型包括压入阶段、侵彻阶段和绝热冲塞阶段,压入阶段和侵彻阶段与厚靶的扩孔过程类似,靶体材料对弹丸的阻力通过空穴膨胀理论给出,绝热冲塞阶段计算了绝热剪切耗能,经过推导给出了求解靶板的弹道极限公式,并与实验结果进行了对比。 讨论了破坏模式产生影响的几种因素,着重分析了弹丸正撞击下弹头的几何形状、材料的力学性能和靶板的几何参数等对金属靶板破坏模式产生的影响。结合实验现象介绍了不同的破坏模式,研究了不同破坏模式之间发生转化的条件,通过理论分析得出了对应条件下的破坏模式发生转换的临界锥角,最终给出了不同厚度靶板在不同锥角刚性弹丸正撞击下的破坏模式相图。 利用ABAQUS/VUMAT嵌入了含损伤的JC本构,对平头弹丸侵彻金属靶板进行了数值模拟,分析了不同网格密度对计算结果的影响,与实验结果进行了对比,发现数值计算很好的模拟出了靶板弹道极限随厚度变化曲线的弯折现象(kink),而且弹道极限的计算结果与实验结果符合很好,验证了开发的VUMAT的可靠性。然后用开发的VUMAT对不同锥角的弹丸撞击不同厚度金属靶板的破坏过程进行了计算,模拟结果表明:随着弹丸锥角的增加,有限厚度靶板的破坏模式由扩孔转化到冲塞破坏,靶板的抗弹能力随之降低。对弹丸的运动和侵彻过程中受力等进行了分析,发现弹丸侵彻过程中可能与靶板发生多次碰撞,并与理论分析进行了比较和讨论。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈晓,周宏;叠层靶板弹击实验及弹道侵彻机理的数值模拟研究[J];爆炸与冲击;2003年06期
2 张世臣;米双山;;爆炸冲击波损伤靶板问题中的流固耦合算法[J];科学技术与工程;2008年07期
3 胡秀章;刘永胜;王肖钧;谷先广;;超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究[J];弹道学报;2008年02期
4 朱锡,黄祥兵,冯文山;舰用复合装甲结构的斜破甲机理实验研究[J];爆炸与冲击;1994年03期
5 龚自明,方秦,张亚栋,颜海春,胡瑞;钢制长杆弹斜侵彻中厚靶板数值模拟[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2001年04期
6 尹志新,马常祥,李守新,刘燕林;聚能射流穿甲后超高强度钢靶板的损伤特征及其机理[J];金属学报;2002年11期
7 张世臣;米双山;;LY-12靶板在爆炸冲击波作用下损伤的有限元分析[J];兵工自动化;2008年05期
8 熊利民,李平,王煜,郑春弟;车载式地照器监测系统标定靶板的设计及其误差分析[J];现代测量与实验室管理;2002年05期
9 王明锐 ,汤敏君 ,涂植峰 ,刘云英;动载荷下固体材料的剪切断裂判据[J];爆炸与冲击;1987年04期
10 陈发良,樊福如;局部冲击作用下刚塑性平板的动力响应和失效模式[J];爆炸与冲击;1993年03期
11 ;破甲过程初步分析及一些基础知识(续)[J];力学进展;1973年06期
12 王成,黄风雷,恽寿榕;射流形式及其侵彻多层金属靶的实验研究[J];弹道学报;2002年04期
13 付塍强,李向东,蔡振华;动能杆斜撞击靶板后效破片描述研究[J];爆炸与冲击;2004年06期
14 张世文,刘仓理,赵剑衡;大气压力对激光辐照双层板接触传热的影响[J];强激光与粒子束;2005年02期
15 张中国,黄风雷,段卓平,宋卫东,宁建国;弹体侵彻带加强筋结构靶的实验研究[J];爆炸与冲击;2004年05期
16 张小坡;石全;王广彦;;基于LS-DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析[J];科学技术与工程;2007年23期
17 梁立振;胡纯栋;刘智民;李军;;HT-7诊断中性束评价系统温升特性分析[J];核技术;2009年01期
18 侯满义;范惠林;;爆炸波对靶板冲击损伤的动力有限元模拟[J];弹箭与制导学报;2009年05期
19 周小兵,盛光昭,谢中友,黄锦华;FEB偏滤器等离子体温度及靶板运行温度的优化[J];核聚变与等离子体物理;1997年02期
20 邓柏权,严建成,彭利林,程发银;大脉冲热负荷下HL-2A偏滤器靶板的热分析[J];核聚变与等离子体物理;2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨世全;卢永刚;;动能杆对靶板毁伤效应的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
2 赵攀峰;沈兆武;孙宇新;;含损伤热塑性材料靶板的抗冲塞研究[A];第十届全国激波与激波管学术讨论会论文集[C];2002年
3 郑哲敏;谈庆明;;破甲机理的力学分析及简化模型(681破甲机理课题进展报告)[A];郑哲敏文集[C];2004年
4 陈刚;李思忠;张方举;何鹏;徐艾民;;截锥形空心弹体斜穿甲单层靶板与双层靶板实验[A];第六届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2007年
5 中国科学院力学研究所二室四组;;破甲过程初步分析及一些基础知识(续)[A];郑哲敏文集[C];2004年
6 陈烈斌;杨嘉陵;;刚性弹体撞击圆形薄板的分区模型[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
7 陈振兴;陈龙伟;;基于流体动力学的杆与半无限靶板斜侵彻的数值模拟[A];第十二届现代数学和力学会议论文集[C];2010年
8 刘意;王仲琦;李建平;陈亚红;白春华;;爆轰抛撒金属颗粒群速度场测试反演研究[A];中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C];2009年
9 张磊;李英雷;王悟;汪小松;胡绍楼;胡时胜;;压剪炮的激光测速系统和新型对靶系统的研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
10 吴广;冯顺山;董永香;赵宜新;;不同硬度弹丸对中厚靶板作用的试验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴乔国;不同材料靶板的抗弹性能研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 张华鹏;防弹材料冲击破坏机理及其纤维的衰减规律[D];东华大学;2002年
3 高光发;防护工程中若干规律性问题的研究和机理分析[D];中国科学技术大学;2010年
4 朱建生;横向效应增强型侵彻体作用机理研究[D];南京理工大学;2008年
5 王志海;三向纤维复合材料的冲击性能和抗侵彻/破坏机理研究[D];中国科学技术大学;2008年
6 饶国宁;爆炸能量输出特性及爆炸波与目标作用的研究[D];南京理工大学;2007年
7 王元博;纤维增强层合材料的抗弹性能和破坏机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 唐颀;超高速撞击板波特性与声发射空间碎片在轨感知技术[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 徐双喜;大型水面舰船舷侧复合多层防护结构研究[D];武汉理工大学;2010年
10 陈昊;聚能金属射流形成及侵彻过程中的动态变形研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 常会玲;12.7mmPELE弹机理研究[D];南京理工大学;2010年
2 张林;航空发动机机匣包容性准则数值与实验初探[D];南京理工大学;2012年
3 魏刚;铝合金板抗杆弹撞击性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 闫少军;大口径横向效应增强型枪弹数值仿真研究[D];南京理工大学;2008年
5 王群;陶瓷柱/钛合金混杂结构的抗弹模拟与损伤机理研究[D];南京航空航天大学;2013年
6 贾伟;反舰战斗部技术研究[D];中北大学;2012年
7 张钟文;橡胶填充异型夹层结构抗射流侵彻研究[D];南京理工大学;2013年
8 何小斌;火工品过载特性落球碰撞模拟试验研究[D];南京理工大学;2010年
9 朱海飞;破片对板结构破坏过程数值仿真[D];华中科技大学;2007年
10 李雷;对弹丸侵彻过程及火工品过载情况的三维数值模拟[D];中北大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 朱文静;千米蒸汽“一线牵”[N];中国石化报;2010年
2 陈跃先;舞钢研制新型坦克用钢675打靶一次成功[N];世界金属导报;2001年
3 王铁 王孝年 吴艳冰;他们为导弹爆炸测威[N];中国国防报;2007年
4 崔春荣 姜红;军事革命与“更新更勇敢的头脑”[N];解放军报;2000年
5 张向宇 本报特约记者 尹长兵 本报记者 张建军;中国武警:特战分队闪电出击[N];中国国防报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978