水泥砂浆的动态力学性能的数值研究

混凝土材料常表现为线弹性行为,其失效应变很小,实验测试难度较大.基于实验结果,文章利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,开展了对混凝土基底材料水泥砂浆的单轴冲击压缩分析.研究结果表明,使用脉冲整形器能够得到较为理想的入射波形,提高实验精度;应变分析结果显示径向约束在很大程度上影响试件的变形.研究结果对混凝土材料的工程应用具有一定的参考价值.     

变弹模光弹模拟中的层面温度约束应力——Ⅱ.层面温度约束应力的数值计算

本文在温度约束应力产生的内在机理基础上,利用有限元法对变弹模光弹模型中层面温度约束应力的发展过程进行了数值计算,计算结果与实验观测结果的一致性表明了数值方法对次生应力的可计算性,从而可实现在变弹模光弹模型应力分离的计算程序中直接对次生应力进行计算并加以消除.     

计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法

根据混凝土的多孔介质特点和多孔介质湿热传输理论,给出了一种计算混凝土湿热耦合变形的解析-有限元结合解法.该方法的计算过程包括"温湿度分布的解析法求解"、"湿度分布向湿度应力转换的公式计算"和"湿热耦合变形的有限元分析"三部分.同时介绍了基于Visual Basic调用Matlab和ANSYS的编程策略通过混合编程开发的混凝土湿热耦合计算分析程序CTMSoft.根据所提出的解析-有限元结合解法,利用自行开发的CTMSoft程序对实际工程结构混凝土变形进行了数值计算,与现场实测及光纤光栅监测结果的对比分析表明了该计算方法和程序的合理性和有效性.     

刚玉块石固结体抗侵彻性能的数值分析计算

利用ANSYS／LS-DYNA有限元软件,对刚玉块石固结体遮弹层抗Φ125弹和GBU28弹侵彻情况进行了数值计算分析。对GBU28弹侵彻混凝土的情况进行了数值计算分析,在此基础上,对刚玉块石固结体遮弹层抗GBU28弹侵彻情况进行了数值计算分析。结果表明,刚玉块石固结能够有效地减少弹丸的侵彻深度,降低弹丸的冲击破坏效应。     

一种VOF与PIC耦合多物质界面处理算法及其在侵彻问题中的应用

该文针对Euler方法不易于模拟材料动态断裂破坏的问题,提出了一种适用于Euler方法的VOF与PIC耦合多物质界面处理算法.在该算法中,对于较关心的重点分析区域,如物质分界面、大变形区域、断裂破坏区域等,采用PIC方法加入较多的质点进行精确计算,而对于其他区域采用连续输运计算.采用该算法模拟了一系列动能侵彻问题,包括平头弹侵彻均质钢靶板问题、钢弹侵彻混凝土靶板问题等.数值模拟结果与实验结果的对比表明,文中提出的耦合算法能很好地跟踪侵彻穿透过程中的材料变形过程,并且保证了计算精度和效率.     

考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型

混凝土的动力本构模型是混凝土结构动力分析的基础,混凝土的初始弹模变化对其动力本构有显著的影响。该文研究考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型的建立方法。首先根据损伤理论建立了混凝土动力损伤与静力损伤之间的关系,并且考虑了动力损伤与静力损伤之间初始弹性模量的差异,进而建立了基于静力损伤本构理论的混凝土动力损伤本构方程。该方程可以考虑弹模变化和加载速率的变化对本构方程的影响。文中还利用现有实验结果进行了验证,表明该文建立的模型可以较好地反映混凝土的动力损伤特性。     

超声冲击回波法理论与实验结果讨论

首先根据弹性波波动理论推导了冲击回波方法的基本原理,通过对混凝土模型与混凝土楼板的测试实验,进行了超声冲击回波法在几种激发方式下的记录峰频变化及厚度测试结果的分析.结果表明:在文中采用的激发条件下,冲击回波法的应用效果还不够稳定,最后讨论了激发方式与测试对象等影响因素,提出完善该方法的研究方向.     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

高速长杆弹侵彻半无限混凝土靶的理论分析

为了从理论上确定混凝土材料的靶板阻力,采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏与剪切饱和的Mo-hr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料,将半无限混凝土靶在高速冲击下的响应分为弹性区、开裂区、孔隙压实区和密实区,建立了混凝土材料的准静态空腔膨胀理论,确定了靶板阻力,运用A-T模型进行了长杆弹高速侵彻半无限混凝土靶的理论分析.算例结果表明,侵彻深度的理论分析结果与实验结果具有较好的一致性.     

弹道冲塞过程的一维数学模型及其解

本文建立了弹道冲塞过程的一维数学模型。在Recht弹道冲击理论的基础上,对弹——塞冲击系统的变形、破坏与质量损失进行了分析,提出了冲塞过程的六个可能的阶段,分别建立了各阶段的控制方程组。利用数值计算,实现了对弹——塞剩余速度、剩余质量、几何尺寸和接触时间的理论预测,预测结果与实验数据符合较好。     

弹丸垂直贯穿混凝土靶的数值研究

根据弹丸垂直贯穿混凝土靶实验数据确定混凝土材料计算参数,在此基础上利用LS-DYNA有限元软件研究弹丸着速对混凝土靶贯穿效应的影响.数值计算结果表明,当弹、靶材料及尺寸固定时,靶面漏斗坑直径、靶背崩落直径均随弹丸着速增大而增大,二者与着速近似成正比;贯穿过程中的最大过载也随着速增大而增大,但是不同着速下弹丸减速度曲线形态相似.     

活性弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验研究

设计并制备了由活性材料内核（PTFE/AL）、高强度钢外壳组成的活性弹丸,基于25 mm口径弹道炮发射平台进行了该弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验.实验结果表明：在941~1 679 m/s着速下,活性弹丸撞击混凝土靶后均发生了剧烈爆燃反应.从混凝土成坑效应结果可以看出,活性弹丸毁伤效果比同规格惰性材料内核（PTFE）弹丸有大幅提高.活性弹丸依靠自身动能与强度侵入混凝土靶体,侵入过程中活性材料内核在靶体内部爆炸并释放大量化学能,这种“侵爆耦合效应”是造成混凝土靶高效毁伤的主控机制.     

弹丸侵彻混凝土和钢筋混凝土的实验

实验用100 mm反坦克滑膛炮分别对混凝土靶和钢筋混凝土靶进行了射击,直径100 mm,长666 mm的卵形头部弹丸内部固定有一套加速度记录仪,以便测试并记录侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时程关系.研究发现侵彻混凝土和钢筋混凝土过程弹丸的加速度时程曲线可按其本身的规律划分为3个部分,各个部分代表了弹丸与靶体作用的不同阶段.侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度规律基本相同,但加入钢筋后靶板的结构更加复杂,使得侵彻过程中弹丸的加速度震荡更加剧烈.侵彻深度和靶板局部破坏实验结果表明,钢筋混凝土比混凝土抗侵彻能力强,有较强抗二次打击的能力.     

动能弹低速垂直侵彻钢筋混凝土的试验研究

该文提出了一种大长径比动能侵彻体侵彻钢筋混凝土的模拟试验方法，通过侵彻速度为300m／s～400m／s的57mm动能侵彻弹对半无限厚钢筋混凝土靶的垂直侵彻试验，得到了最大侵彻深度、着靶姿态等试验参数。由侵彻钢筋混凝土的经验公式得到的最大侵彻深度数据与试验数据进行了对比，试验数据为反深层工事的毁伤机理和数字仿真研究提供依据，同时通过毁伤效应的试验研究，为找到一条高效毁伤典型深层工事的方法提供条件。     

弹体高速侵彻厚钢筋混凝土靶的数值模拟

针对厚钢筋混凝土靶在弹体高速侵彻时的毁伤特性,基于混凝土连续帽盖模型(concrete continuous cap model, CSCM)和共节点耦合建模方法对弹体高速侵彻厚钢筋混凝土靶的毁伤行为进行数值模拟,分析钢筋混凝土靶的损伤分布特性、钢筋结构对混凝土的约束作用。结果表明：高速侵彻时,延性损伤体现在混凝土内部,脆性损伤更多体现在混凝土外部表层,钢筋网能较大程度地约束混凝土延性损伤的扩展;增加竖筋的配置,可预防厚钢筋混凝土靶沿钢筋层产生层断脱离破坏,从而提高钢筋混凝土的抗弹性能;钢筋混凝土迎弹面的崩落面积随侵彻速度增加而增大,首层钢筋越接近表面,约束效果越好。可见,混凝土连续帽盖模型和共节点耦合建模方法能较好地模拟厚钢筋混凝土靶在弹体高速侵彻作用下的毁伤特性。     

弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度研究

研究弹体侵彻靶板的开坑深度,有助于提升侵深和过载的计算精度.首先,通过总结对比现有的开坑深度模型以及试验数据的回归分析,建立了考虑弹体质量和初速度的开坑深度模型.然后,以此为基础给出了弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度的计算方法.最后,结合作者早前建立的钢筋混凝土动态球形空腔膨胀理论,利用文献试验数据对开坑深度模型进行了应用对比分析.本文模型考虑了弹体质量、初速度以及首层钢筋网埋设深度等因素的影响,可用于分析不同质量、不同初速度弹体侵彻钢筋混凝土靶的开坑深度.      

弹体结构局部响应放大的现象研究

针对弹体装药安全性问题,开展弹体侵彻混凝土靶过程中装药动态响应机理的研究。结合实际弹体结构的典型特征,建立了含间隙结构装药非线性响应理论模型,通过理论分析计算揭示不同间隙或不同载荷频率下结构的局部响应放大现象;采用有限元数值模拟方法验证理论计算结果的正确性;设计了振动台试验进一步验证理论与模拟仿真的结果的真实性。通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,研究了低强度载荷作用下装药点火与起爆现象的内在机制。研究结果表明弹体在逐层侵彻多层混凝土靶时,弹体结构产生的振动对弹体力学响应、装药安定性有着较大影响,弹体结构存在一定的振动响应放大现象。     

弹体斜侵彻多层间隔混凝土靶实验和数值模拟

为研究弹体侵彻多层间隔靶的弹道稳定性问题,设计了钢筋混凝土多层间隔靶,开展了弹体斜侵彻实验,通过高速摄影运动分析系统,得到了弹体侵彻多层靶过程的弹道变化参数.采用LS-DYNA软件,再现了弹体侵彻多层靶实验过程,得到的弹道变化参数与实验结果吻合较好,验证了本构模型的可靠性.同时,数值模拟研究了不同半锥角对尾裙弹体侵彻多层靶稳定性的影响规律,得到了弹道稳定的尾裙弹体最优半锥角.      

弹体侵彻贯穿混凝土与钢筋混凝土等效关系数值分析

为了建立钢筋混凝土靶与混凝土靶抗侵彻能力的等效关系,将钢筋混凝土靶与混凝土靶的厚度比值作为钢筋混凝土与混凝土材质的等效因子,利用ANSYS LS-DYNA模拟了当贯穿后的弹体速度相同时,具有相同属性的弹体以相同的入射速度垂直侵彻和贯穿混凝土靶和钢筋混凝土靶的过程.结果表明,研究所得到的等效因子与入射速度的关系式能够为侵彻弹等效靶标构建提供理论依据及数据参考.     

弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律理论研究

为研究弹体正侵彻混凝土厚靶的运动规律,分别用修正的Mohr-Coulomb破坏准则和Gruneisen状态方程描述高速侵彻下混凝土材料的屈服行为和弹体材料的体积变形,并考虑弹体材料的侵蚀效应,建立了弹体正侵彻半无限混凝土靶的运动方程和混凝土响应描述方程.理论模型的数值解表明,当着靶速度较高时,混凝土的破坏特性和弹体的可压缩性对侵彻效果有较显著的影响.所发展的理论模型能够较好地预测高速弹丸的侵彻特性.