不同材料靶板的抗弹性能研究

发布时间：2022-12-18 08:09

　　本文对靶体在刚性动能弹撞击下的侵彻和贯穿行为进行了较全面的理论和数值模拟研究,靶体材料包括树脂基纤维增强复合材料、金属和混凝土。根据靶板在动能弹撞击下的响应和破坏模式建立了相应的侵彻和贯穿模型,成功地预测了弹体的侵彻深度、残余速度和靶板的弹道极限等物理量,并研究了靶板不同响应和破坏模式之间的转换关系。利用ABAQUS/VUMAT嵌入了修正的Johnson-Cook本构,对金属靶板在弹丸垂直撞击下的贯穿行为进行了数值模拟研究。本文得到的结论可以为弹头形状优化设计,靶板的抗冲击防护和安全评估提供指导。本文主要包括以下几个方面的内容： 对树脂基纤维增强材料层合板（FRP层合板）在平头弹低速撞击下贯穿的响应模式和能量耗散模型进行了理论研究。FRP层合板在平头弹撞击下的响应可以分为总体响应（global deformation with local rupture）和局部化破坏响应（wave-dominated local failure）两种情况,其中总体响应同时存在着整体变形和局部化破坏。对薄FRP层合板的贯穿,本文认为响应模式为总体响应,能量耗散模型采用近似准静态的方法,先分析准静... 

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究综述
        1.2.1 经验和半经验法
        1.2.2 理论分析
        1.2.3 数值模拟
    1.3 研究中存在的问题
    1.4 本文研究的基本思想和主要内容
第二章 FRP层合板在平头弹撞击下的贯穿
    2.1 引言
    2.2 总体响应模型
        2.2.1 平头弹贯穿FRP层合板的准静态载荷-位移关系
        2.2.2 平头弹贯穿FRP层合板的准静态耗能
        2.2.3 动态增强因子和弹道极限
    2.3 局部化破坏响应模型
    2.4 总体响应和局部化破坏响应模式转换的临界条件
    2.5 比较和讨论
    2.6 本章小结
第三章 金属和混凝土厚靶在卵形弹撞击下的侵彻和贯穿理论研究
    3.1 引言
    3.2 靶体阻力公式
        3.2.1 公式的建立
        3.2.2 金属靶σ_s和f的确定
        3.2.3 混凝土靶σ_s和f的确定
    3.3 厚靶侵彻模型
    3.4 厚靶贯穿模型
    3.5 侵彻和贯穿过程的数值求解
    3.6 比较和讨论
        3.6.1 金属靶的侵彻和贯穿
        3.6.2 混凝土靶的侵彻和贯穿
    3.7 本章小结
第四章 金属靶板在弹丸撞击下破坏模式的数值模拟
    4.1 引言
    4.2 修正JOHNSON-COOK本构模型
    4.3 修正JC本构模型在ABAQUS中的数值实现
    4.4 金属靶板在弹丸撞击下贯穿的数值模拟
        4.4.1 有限元模型
        4.4.2 锥头弹贯穿数值模拟结果与实验比较
        4.4.3 平头弹贯穿数值模拟结果与实验比较
        4.4.4 靶板厚度对破坏模式的影响
        4.4.5 弹头锥角对破坏模式的影响
        4.4.6 靶板冲塞破坏的弹头临界锥角
    4.5 本章小结
第五章 金属靶板在锥头弹低速撞击下贯穿的理论研究
    5.1 引言
    5.2 花瓣破坏的最小穿透耗能模型
        5.2.1 局部贯穿分析
        5.2.2 整体变形分析
        5.2.3 薄靶低速贯穿过程耗能分析
    5.3 花瓣破坏耗能模型的适用范围
        5.3.1 转换条件的建立
        5.3.2 转换条件与实验观察比较
    5.4 花瓣破坏模型预测结果与实验的比较和讨论
        5.4.1 准静态载荷-位移曲线分析
        5.4.2 弹道极限预测结果与实验数据的比较
    5.5 薄靶扩孔破坏
        5.5.1 薄靶扩孔破坏的最小穿透耗能模型
        5.5.2 薄靶扩孔破坏模型的适用范围
        5.5.3 薄靶扩孔破坏模型预测结果与实验数据的比较
    5.6 金属靶板在锥头弹低速撞击下的破坏模式相图
        5.6.1 靶板冲塞破坏临界条件
        5.6.2 冲塞破坏不同模式的划分
        5.6.3 Weldox460E钢板的破坏模式相图
    5.7 本章小结
第六章 全文总结及展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 本文主要创新之处
    6.3 对未来研究工作的展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]A spherical cavity expansion model for penetration of ogival-nosed projectiles into concrete targets with shear-dilatancy[J]. Tao He·He-Ming Wen·Xiao-Jun Guo CAS Key Laboratory for Mechanical Behavior and Design of Materials,University of Science and Technology of China,230027 Hefei,China.  Acta Mechanica Sinica. 2011(06)
[2]尖头刚性弹贯穿金属厚靶的终点弹道性能研究[J]. 李小笠,陈小伟.  弹箭与制导学报. 2011(04)
[3]尖头弹侵彻延性金属靶板弹道极限的解析模型[J]. 王晓强,朱锡,王禹华.  振动与冲击. 2010(05)
[4]考虑混凝土孔隙压实效应的球形空腔膨胀理论[J]. 李志康,黄风雷.  岩土力学. 2010(05)
[5]锥头弹丸撞击下固支金属厚靶的侵彻与穿透的理论研究(英文)[J]. 孙炜海,文鹤鸣.  高压物理学报. 2010(02)
[6]锥头弹丸低速撞击下薄金属靶板的穿透[J]. 孙炜海,文鹤鸣.  固体力学学报. 2009(04)
[7]可变形弹丸贯穿铝合金靶的数值模拟[J]. 何涛,文鹤鸣.  高压物理学报. 2008(02)
[8]中等厚度金属靶板的三阶段贯穿模型[J]. 蒋志刚,曾首义,周建平.  兵工学报. 2007(09)
[9]卵形钢弹对铝合金靶板侵彻问题的数值模拟[J]. 何涛,文鹤鸣.  高压物理学报. 2006(04)
[10]球形弹对金属靶板侵彻问题的数值模拟[J]. 何涛,文鹤鸣.  爆炸与冲击. 2006(05)

博士论文
[1]混凝土侵彻与贯穿若干问题研究[D]. 杨阳.中国科学技术大学 2012
[2]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[D]. 孙炜海.中国科学技术大学 2009
[3]动能弹在不同材料靶体中的侵彻行为研究[D]. 何涛.中国科学技术大学 2007

硕士论文
[1]弹丸正撞击下纤维增强树脂基层合板破坏模式的理论和数值研究[D]. 覃悦.中国科学技术大学 2009



本文编号：3721696