長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶的理論與數(shù)值分析.pdf

1、近年來局部沖突和恐怖襲擊的頻繁出現(xiàn)，對建筑結(jié)構(gòu)形成巨大威脅，促使高速撞擊動力學成為爆炸力學中最活躍的研究領(lǐng)域之一。本文針對撞擊問題中的有限直徑金屬厚靶問題，通過理論分析和數(shù)值模擬，考慮金屬厚靶側(cè)面自由邊界的影響，將其劃分為中低速剛性彈侵徹問題和較高速長桿彈侵徹問題兩個方面，獲得理論侵深預測模型、完整的材料變形過程和一系列物理量的變化情況及規(guī)律。主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果包括以下幾個方面：
　?。?）采用統(tǒng)一強度理論，考慮中間主應力和

2、靶體側(cè)面自由邊界的影響，得到兩種本構(gòu)關(guān)系靶材在彈塑性階段和塑性階段的空腔壁徑向應力，求出適用范圍更廣、精確度更高的中低速（500 m/s~1000 m/s）卵形剛性彈在侵徹有限直徑金屬厚靶時侵徹阻力、侵徹深度計算公式，得到不同撞擊速度下拉壓強度相等的各類靶材侵徹深度的區(qū)間。將卵形彈侵深公式擴展至錐形彈和球形彈，研究彈頭形狀對侵徹性能的影響。采用Simpso n方法對所得公式求解，討論侵徹深度與強度參數(shù)、彈體撞擊速度以及靶體半徑的關(guān)系，得

3、到不同于半無限大靶體侵徹性能的結(jié)論。
　　（2）建立基于統(tǒng)一強度理論的有限柱形空腔膨脹模型，考慮彈體在高速侵徹過程中會發(fā)生消蝕，對較高速（1000 m/s~2000 m/s）長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶問題進行研究，得到考慮中間主應力的理想彈塑性材料靶體在彈體高速侵徹時產(chǎn)生的阻力和理論侵深計算模型，與彈道試驗進行對比驗證，并將所得計算模型擴展至線性硬化材料。對各種靶彈半徑比下此類靶材在高速長桿彈侵徹下的侵深區(qū)間進行預測，客觀充分的發(fā)

4、揮了靶體材料的抗侵徹強度潛能。利用MATLAB軟件編制程序進行求解，分析影響高速長桿彈侵徹有限直徑金屬厚靶終點效應的參數(shù)。
　?。?）利用顯式動力學程序ANSYS/LS-DYNA程序，針對材料特點選用不同本構(gòu)模型建立卵形剛性鋼彈侵徹有限直徑鋁合金厚靶和高速鎢制長桿彈侵徹有限直徑鋼厚靶數(shù)值模型。計算剛性彈侵徹深度、速度、減加速度的完整時程曲線，揭示侵徹行為的變化規(guī)律；分析各種工況下靶體自由邊界對抗侵徹性能的影響程度，將忽略靶體側(cè)面自

5、由邊界影響的條件精確至具體值；從彈體侵徹深度、目標的毀傷效果角度討論彈體的初速度及長細比對侵徹性能的影響。對不同打擊速度下侵蝕長桿彈侵徹問題進行計算，得到靶體壓力、侵徹深度、彈頭和彈尾速度、彈體長度，以及彈體質(zhì)量等隨時間的變化規(guī)律，分析彈體開坑特點和產(chǎn)生消蝕現(xiàn)象的彈靶響應過程；研究長桿彈彈頭形狀對低速侵徹和高速侵徹所產(chǎn)生的不同影響。討論過渡區(qū)變形非消蝕長桿彈的變形特點、時程變化和彈體在減速過程中的狀態(tài)變化。
　?。?）建立彈體入射