弹丸不同倾角侵彻混凝土影响分析.pdf
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1、第1期 (总第125期)机 械 管 理 开 发2012年2月 No.1 (SUM No.125)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTFeb.2012 0引言 弹体以不同入射角冲击特定目标时, 由于受重力 和空气阻力因素影响, 弹体飞行方向将发生一定角度 的偏差。对此, 国内外学者对一定入射角侵彻方面做 了相关研究。由于弹丸侵彻实验周期长、 危险性高, 利 用国际通用动力学分析软件LS- DYNA3D, 通过卵形 弹丸高过载侵彻混凝土靶板来提供过载环境, 对弹丸 侵彻过程进行了数值分析, 提高弹丸在不同倾角的复 杂服役载荷中的安全性能, 具有重要意义。 1理论模型
2、 1.1材料本构关系 弹体采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC塑性随动 模型1。 y = 1+ ( / C) 1 p ( 0+Ep eff p).(1) 式中: 0为初始屈服应力;为应变率; C为应变率参 数; eff P 为有效塑性应变;EP为塑性硬化模量。 混凝土材料采用H-J- C模型, 是描述高冲击、 高 应变率条件下混凝土动态响应较为合适的材料模型, 公式如下: =A(1- D)+ BP N (1+ Cln ) .(2) 式中:A为归一化的内聚强度; D为损伤度; B为归一化 的压力硬化系数; N 为压力硬化指数;C为应变率系数; = / fc,Smax为归一化的最大强度
3、;p*= p/ fc为归一 化压力, * = / 0 为量纲一的应变率, 为真实应变 率, 0 =1.0 s- 1为参考应变率。 1.2材料相关参数 表1弹体、 混凝土材料参数 名称 弹体 混凝土 密度/ ( g/cm3) 7.83 2.24 剪切模量/Pa 1500 1.487 104 泊松比 0.28 - - - 抗压强度/Pa - - 23 本文模拟曲率为6的卵形弹丸倾斜与垂直侵彻混 凝土靶的动态过载特性, 弹体、 混凝土参数, 见表1。 2侵彻几何模型 2.1模型建立和网格划分 ANSYS前处理实体建模。弹体、 靶体采用实体 Solid164单元类型, 网格划分采用Lagrange法。
4、计算模 型取 1/2模型, 为了优化模型, 保证精度, 靶板与弹丸 接触区网格加密。对称面施加沿法线对称边界约束, 混凝土靶板外圆面上施加全自由度约束和非反射边界 约 束。弹体和靶板之间的接触 算法, 采用*CON TACT_SURFACE_TO_SURFACE_ERODING; 计算时采 用控制等效失效应方法, 删除失效单元和节点。计算 时间为1 500 s。 2.2有限元模型 弹丸内部为空腔, 形状为CRH=6卵形弹头, 总长 320 mm,直径45 mm。混凝土靶板为圆柱形, 厚270 mm, 直径500 mm。弹靶径比2为11; 弹丸、 混凝土靶有限元 模型, 见图1。 混凝土靶 图1
5、侵彻有限元模型 3数值模拟结果及分析 侵彻模拟计算中, 初始速度为 350 m/s,弹丸与靶 板表面法线方向为0 、 15 、 45 、 75 入射角, 靶板强 度为23 MPa。 由图2看出, 当初始速度、 靶板强度一定时, 弹体 与靶板表面正法线方向小于45 时, 弹体侵彻过程机 械功消耗大, 弹体剩余速度越小; 入射角大于45 时, 收稿日期: 作者简介: 刘月胜(), 男, 山西运城人, 在读硕士研究生, 研究方向: 高过载侵彻数值模拟仿真研究。:y 63 弹 丸 不 同 倾 角 侵 彻 混 凝 土 影 响 分 析 刘月胜, 徐文峥 (中北大学 化工与环境学院, 山西太原030051)
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