4.6 LS-DYNA模拟的结果 17
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 引言
1.1 研究背景及意义
短型金属复合筒对混凝土的高速侵彻涉及大变形、断裂和热变形等一系列复杂的力学问题,目前对于侵彻问题的研究主要有经验法、理论分析方法和基于有限元、有限差分的数值模拟方法,经验法需要以实验为基础,并且应用理论分析方法得到经验公式,此种方法不具有普适性,只能解释特定情况下的侵彻问题,存在偶然性和误差,而且还费时费力,但是运用有限元、有限差分法等数值模拟方法则可以更为深刻、更为细致地了解侵彻问题,不仅可以了解问题的结果,而且还可以直观地显示出目前还不易观测得到的、说不清楚的一些现象,从而促进了试验的发展,为实验方案的科学制定提供更为可靠地理论指导,因此不仅弥补了实验的不足,而且还加速了理论、试验研究的进程,为弹体的结构设计提供依据,同时也可大大降低实验费用和设计周期。
1.2 国内外研究现状以及发展趋势
1.3 侵彻问题的研究方法
首先简要介绍一下撞击与侵彻力学,撞击与侵彻力学是一门有着广泛研究内容的学科,是力学的一个分支。主要研究介质受到强脉冲载荷作用时的力学效应,包括质点运动、应力与应变、结构变形以及材料的破坏规律。由于分析问题的复杂性,本学科发展成为了一门与物理、力学、材料学等多种学科相关的边缘科学。撞击与侵彻力学的内容可分为两大部分。第一部分系统地阐述在冲击载荷作用下,固体介质中应力波传播的基本理论,包括弹性波、塑性波、粘弹性波、弹-粘塑性波、其它类型的应力波,以及固体材料在高压下的流体力学理论,这是分析冲击载荷对固体介质作用必须具备的基本知识。第二部分可用于分析高速及超高速下弹-靶撞击、侵彻及贯穿等力学现象,并介绍了这一领域的数值计算方法。学习这些内容时,要具备必要的数学、弹塑性力学、流体力学以及弹丸或战斗部作用原理的知识。
侵彻问题研究方法多样,特别对于低速侵彻(着速小于800m/s)有相当多的资料,高速侵彻问题涉及的数值算法、材料模型和失效准则相对更加复杂,相关实验研究相对较少。对于侵彻问题的研究主要有经验法、理论分析方法和基于有限元、有限差分的数值模拟方法。
1经验法
在先前研究过程中,各国科学家采用飞机、火炮、火箭等加载工具对介质做了大量试验,特别是对材料各向异性、本构关系难以被精确描述的混凝土而言,最开始、最基本的方法就是先进行大量的原型实验,在此基础上建立起计算侵彻结果的一些经验公式。
经验法需要大量的实验基础,应用量纲分析方法,代价比较高,在总结大量的实验数据的基础上,在特定侵彻体(一般为弹丸)、特定靶板材料的、特定介质条件(如弹丸的攻角)下拟合出来的,很难具有普适的作用,只能解决特定的问题,尽管也可以运用于相近范围的侵彻问题,但很难计算出侵彻过程中某个具体精确的物理量参数,所以经验法的局限性也很明显。
2理论法
而对于理论分析方法的应用,这里先简单介绍一下柱形空膨胀理论:动能侵彻弹在靶板中形成的孔道是靠挤压靶板材料而成的。假设动能侵彻弹垂直撞击靶板时,动能侵彻弹不变形,也即是假设动能侵彻弹在侵彻过程中保持刚性,靶板是均匀对称的半无限厚的,靶板的响应是轴对称的。另外还有一种球形空膨胀理论,两种理论分析方法有很多相似的地方,在做假设之后,建立运动方程可以利用简化处理得到加速度、侵彻深度等公式,但由于做了简化处理,精度有缺陷,在理论上有不完善之处。
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