陶瓷复合靶侵彻问题的数值模拟研究

在质点网格法的基础上,提出了质点映射算法,给出了在欧拉算法下脆性材料累积损伤破坏的数值方法. 将陶瓷材料的JH-2损伤本构模型嵌入自主开发的MMIC-2D欧拉型爆炸与冲击问题数值模拟程序中,利用该程序对钨杆侵彻陶瓷复合靶板问题进行了数值模拟,获得了靶板的动态破坏过程图像,并分析了盖板和侧向约束对抗侵彻能力的影响. 数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了算法的有效性.     

弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

动能弹对混凝土靶板侵彻三维数值模拟

根据描述材料特性的经验公式和流体力学的基本理论，对控制方程组在欧拉网格上进行离散差分求解，建立三维数值模拟模型，给出一种基于Youngs技术的三维界面处理方法，并对动能杆侵彻混凝土靶板进行了数值模拟，分析了数值模拟结果，得出模拟结果与工程中的现象基本吻合的结论。     

弹丸侵彻混凝土靶板破坏过程的近场动力学模拟

为了精确描述弹丸侵彻混凝土靶板的破坏过程及其演化规律,文中采用基于非局部相互作用思想与空间积分方程建模的键型近场动力学(peridynamics,PD)方法,改进了近场动力学本构力核函数,对弹丸侵彻下混凝土靶板的动态破坏过程进行仿真分析。模拟了弹丸侵彻下混凝土靶板破坏的全过程,探讨了不同冲击速度下混凝土靶板的破坏特征,较好地描述了其损伤累积和渐进破坏过程。     

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

弹丸斜侵彻普通混凝土靶板的数值模拟

随着军事领域对高新科技的广泛应用,各类动能侵彻武器与结构防护技术的冲突愈加激烈,同时又相互促进、共同发展、交替上升,这对大型防护工程的防御能力提出了更高要求.为了更了解弹体对混凝土靶板的侵彻作用,提高结构防护工程的防护能力,采用K&C混凝土本构模型和利用非线性有限元商业软件LS-DYNA对弹体斜侵彻混凝土进行了数值模拟...     

弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟

采用动力学计算程序AUTODYN对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟,重点分析了弹体内部炸药所受压力的变化规律及装药与壳体之间的相互作用。数值模拟结果表明：弹体在侵彻过程中,装药前端主要受压缩作用,导致弹体前端的炸药产生明显的塑性应变;弹体尾部装药受到拉伸和压缩作用,并且装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞,装药遭受明显的冲击作用。根据计算结果,侵彻型弹药设计应重点防护装药前端和尾部。     

陶瓷/金属复合靶板侵彻问题的数值模拟

利用大型非线性有限元程序LS—DYNA,对陶瓷／金属复合靶板的侵彻问题进行数值模拟,研究了陶瓷面板中锥形破坏区的形成过程．金属背板的弯曲及撕裂过程和弹体的墩粗变形及弹头消蚀过程．给出了背板背面中点和弹体尾部的位置坐标随时间的变化曲线,并将模拟结果与理论模型分析结果和实验结果进行了对比,发现三者吻合很好．文中还分析了不同陶瓷面板和金属背板厚度比对复合靶板抗弹能力的影响,结果表明,要提高靶板的抗弹能力,一定存在一个最佳的厚度比,这一结论对复合靶板设计具有参考价值．     

弹丸侵彻钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板数值模拟

为研究钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板抗侵彻性能,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元计算软件,数值模拟了高速弹丸撞击钢板夹层钢纤维混凝土遮弹板的过程,得到了弹丸侵彻靶板的速度、加速度变化曲线。通过分析不同弹速产生的弹丸速度及加速度的变化,得出不同初速条件下弹丸速度与时间的关系和加速度变化规律。该研究为组合遮弹板结构抗侵彻性能提供了理论依据,解决了过程计算的繁琐问题。     

椭球型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟研究

基于有限元法中心差分包软件LS-DYNA-970的平台上对三种椭球罩型聚能装药侵彻素混凝土试样的问题进行了3-D数值仿真研究。研究揭示了各种情况下金属侵彻体的形成过程和侵彻过程的机理。研究表明在药罩口径相同的前提下,椭球体长轴较长的装药结构在爆炸荷载作用下能形成头部速度高。弹身长径比大、整体质量分布合理的射流侵彻体,但其扩孔效果较差。在分析混凝土受力失效过程的同时,获得了在金属射流在不同侵彻深度下,混凝土的开孔孔径大小的数值结果。计算结果与文献中的实验数据相比吻合较好。     

基于Youngs界面技术的混凝土中爆炸三维动力计算

为了研究混凝土中爆炸的物理机制,基于三维Youngs界面重构技术,编制了MMIC-3D程序,模拟了半无限混凝土中爆炸空腔的形成、发展、鼓包运动规律等过程,得到了半无限混凝土中爆炸的三维数值模拟结果.研究结果表明,计算结果与实验现象和物理规律一致,本文中的计算方法和程序代码是正确的,可以为工程设计提供依据.     

计及弹型对防弹钢板抗侵彻能力的数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对B900FD-1型防弹钢板抗侵彻能力进行数值模拟。对比数值模拟结果与试验结果,表明采用塑性随动强化模型和Johnson-Cook模型能够较好地模拟子弹对金属类延性材料的侵彻能力。进一步采用数值分析方法分析了弹型、弹速及弹的长径比对钢板的侵彻能力的影响。     

平头弹低速侵彻黏土的数值模拟研究

为研究平头弹低速侵彻黏土规律,采用ANASYS AUTODYN程序对不同横截面积的弹体在不同初速度下侵彻黏土进行了数值模拟。侵彻深度和弹道的形状与试验结果吻合。对平头弹侵彻深度的分析结果表明:对同一型号弹体,最终侵彻深度与弹体初速呈线性关系,即侵彻深度随弹体初速增加而线性递增。在相同的侵彻初速度下,弹体直径每增加一倍,引起侵彻深度增量基本相同。     

破片质量对钨合金破片侵彻威力的影响

防空反导导弹战斗部主要利用破片毁伤元撞击、穿孔等实施对目标的毁伤目的,钨合金破片由于具有高密度、高强度特点而被广泛应用于防空反导战斗部,根据侵彻理论,破片质量是影响类立方体钨合金破片侵彻和贯穿能力的重要因素。利用理论计算、数值仿真和试验验证相结合的方法开展了不同质量钨合金立方体破片对Q235A钢板的侵彻能力的研究,结果表明破片侵彻能力随着质量的增加,试验结果均略低于理论计算结果,且质量越低偏差越大。利用试验结果对理论公式进行了初步修正。     

矿井直流电透视方法技术研究

利用三维有限元计算方法对矿井直流电透视的七种装置形式进行正演模拟。计算结果表明，矿井直流电透视法属于体积勘探，但不同的测量方式对应不同的电场分布特性，能突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层)内的异常特征，为采煤工作面内的具体地质问题选用相应的装置形式提供了理论依据。     

非饱和混凝土中氯离子输运问题的边界元算法

氯离子侵蚀对混凝土结构耐久性造成极大危害,研究混凝土中氯离子输运问题的计算方法,对于完善混凝土结构寿命预测与评估方法具有重要意义.针对非饱和混凝土中氯离子输运问题,综合考虑了渗透和扩散对输运过程的影响.将相应的控制方程转化为积分弱形式,采用径向积分法和基于紧支径向基函数的函数逼近方法,得到仅包含边界积分的积分方程.采用中心差分格式表示非稳态项中的湿度梯度和浓度梯度,进而建立该问题的无网格边界元方程.通过求解系统方程,得到混凝土中氯离子输运问题的解答.计算表明,混凝土未饱和之前,渗透过程对氯离子输运的影响显著高于扩散过程,渗透对扩散过程的影响时间远长于混凝土达到饱和的时间.这为进一步研究干湿循环作用下混凝土中氯离子输运问题奠定了基础.     

混凝土抗氯化物侵入性标准测试方法的适用性

评述了欧共体Chlortest科研项目建议欧洲标准采用3种方法(浸泡法(NT Build 443)、RCM快速氯离子迁移法(NT Build 492)和电阻率法)评价混凝土抗氯化物侵入性的适用性.特别强调指出:电通量法不宜再用于评定混凝土抗氯化物侵入性和筛选配合比;电阻率法适用于现场施工质量控制,但需事先针对特定混凝土,建立其与浸泡法或RCM法测试结果的相关性.对大掺量粉煤灰或矿渣的高耐久性混凝土,建议湿热养护试件,以快速评定混凝土抗氯化物侵入性.