剛性侵徹模式下混凝土材料侵徹特性研究.pdf

1、鉆地彈在戰(zhàn)爭中的成功運(yùn)用以及混凝土材料在民用和軍用方面的普遍性,促使混凝土侵徹力學(xué)成為終點(diǎn)彈道學(xué)一支獨(dú)立的分支,變?yōu)楫?dāng)今研究的焦點(diǎn)。圍繞這一背景,采用數(shù)值模擬分析方法、半經(jīng)驗(yàn)半理論方法以及經(jīng)驗(yàn)方法,對當(dāng)前剛性侵徹模式下混凝土侵徹力學(xué)存在的問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究。
　　針對混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的應(yīng)變率效應(yīng)真?zhèn)螁栴},采用數(shù)值模擬分析方法,利用靜水壓強(qiáng)相關(guān)應(yīng)變率無關(guān)模型-線性分段D-P模型,基于單軸落錘加載方式的分析結(jié)果,討論研究了混凝

2、土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的應(yīng)變率效應(yīng)。分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了學(xué)者李慶明的觀點(diǎn):混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的應(yīng)變率效應(yīng)并非混凝土材料本身特有的屬性,而是由于在加載過程中產(chǎn)生的側(cè)面圍壓效應(yīng)間接地促使混凝土抗壓強(qiáng)度的增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn),混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度應(yīng)變率效應(yīng)的兩階段增長趨勢分別由端面摩擦效應(yīng)和側(cè)面慣性效應(yīng)主導(dǎo)。
　　為進(jìn)一步分析研究混凝土材料動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的應(yīng)變率效應(yīng)問題,采用相同的材料模型,對典型穿透實(shí)驗(yàn)和侵徹實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。并結(jié)合另一種混凝土應(yīng)

3、變率相關(guān)模型-RHT模型的模擬結(jié)果,對兩種模型的模擬結(jié)果進(jìn)行了比較討論,最終又一次表明:混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度應(yīng)變率效應(yīng)不屬于混凝土本身的特性。
　　采用半理論半經(jīng)驗(yàn)方法,對剛性侵徹模式下,侵徹過程中隧道穩(wěn)定侵徹階段彈體過載特性進(jìn)行分析研究。以動(dòng)態(tài)空腔膨脹理論為基礎(chǔ),對混凝土侵徹過程進(jìn)行了相對細(xì)致的分析,把侵徹分為“擠推”侵徹和動(dòng)態(tài)空腔膨脹侵徹兩個(gè)區(qū)域:在某一臨界撞擊速度以下,空腔膨脹速度相對比較低,空腔膨脹半徑始終小于彈體直徑。彈體

4、與靶體之間的摩擦與彈體侵徹速度相互補(bǔ)償,促使彈體過載出現(xiàn)恒值現(xiàn)象。此速度范圍稱之為“擠推”侵徹區(qū)域;當(dāng)撞擊速度高于臨界速度時(shí),侵徹進(jìn)入空腔膨脹區(qū)域。在此區(qū)域,空腔膨脹速度變大,開始占據(jù)主導(dǎo)地位。過載出現(xiàn)峰值現(xiàn)象,并隨著撞擊速度的升高而升高,摩擦現(xiàn)象消失?；诖饲謴厮枷?采用半經(jīng)驗(yàn)半理論方法,建立了能夠描述過載特性和侵徹深度的半經(jīng)驗(yàn)公式。通過與實(shí)驗(yàn)的討論比較,侵徹分析思想以及半經(jīng)驗(yàn)公式得到驗(yàn)證。
　　針對穿透過程的沖塞階段,采用半理

5、論半經(jīng)驗(yàn)方法,基于侵徹過程的分析結(jié)果,利用Nielsen沖切理論,對沖塞階段進(jìn)行了分析研究,得到了能夠相對準(zhǔn)確的預(yù)測彈道極限和沖塞厚度的半經(jīng)驗(yàn)公式。并進(jìn)一步對穿透工況的剩余速度進(jìn)行了討論分析,同樣建立了能夠描述剩余速度的半經(jīng)驗(yàn)公式。最后,利用典型的穿透實(shí)驗(yàn)對彈道極限、沖塞厚度以及剩余速度半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了討論驗(yàn)證。
　　基于侵徹過程和穿透過程的分析結(jié)果,從穿透類型的角度,分析討論了雙層間隙靶與單層靶的抗侵徹性能的優(yōu)劣,得到如下結(jié)論:

6、對于雙層間隙結(jié)構(gòu),無論是等厚度雙層靶,還是不等厚度雙層靶,其彈道極限都小于與之對應(yīng)的單層靶的彈道極限。
　　最后,參照典型侵徹實(shí)驗(yàn),從彈體質(zhì)量損失的角度,對剛性侵徹模式和半流體動(dòng)力學(xué)侵徹模式之間的過渡區(qū)域進(jìn)行了分析討論。分析結(jié)果表明在過渡階段彈體質(zhì)量變化很小,彈頭形狀接近半球形?；诖颂卣?建立了剛性侵徹模式上限的工程模型,并分析討論了骨料硬度、靶體抗壓強(qiáng)度、彈體材料強(qiáng)度和彈體直徑對剛性侵徹模式上限的影響。
　　綜上，本文的