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摘要本文给出了利用空腔膨胀理论求解混凝土在高速冲击作用下力学响应的方法。首先介绍了几种混凝土的动态球形空腔膨胀模型：不可压缩压缩材料模型，可压缩材料模型和考虑孔隙压实效应模型。 给出了空腔表面径向应力的推导方法，在得出空腔表面压力后，根据弹靶分离思想即可得出弹体的阻力方程，再利用牛顿第二定律就可建立刚性弹体侵彻模型，并计算其侵彻深度。最后，用数值法和仿真软件计算各模型空腔表面压力随空腔膨胀速度的曲线，利用数值方法来求解刚性弹的侵彻深度并与试验数据对照。分析对比各模型的计算结果，从而验证各个模型的适用性和差异。 59926
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毕业论文关键词 空腔膨胀理论 混凝土 侵彻 数值模拟
Title Study on Mechanical Response of Concrete Under High-speed Impact
Abstract This paper presents an approach to solve the mechanical response of concrete under high-speed impact by using cavity expansion theory. Firstly three different dynamic spherical cavity-expansion penetration models for concrete targets are introduced: incompressible material model, compressible material model, and the model considering voids compacted effects. Then after radial stress at cavity surface is derived, we can get the resistance equations of projectile according to the projectile and target separation assumption. By application of Newton’s second law we can establish the penetration model of rigid projectile, and then depth of penetration is calculated. Finally, use numerical methods and finite element analysis software to calculate the curve of the pressure at cavity surface vs. cavity expansion velocity, adopt numerical method to solve the penetration depth of rigid projectile comparing with experimental data.By analyzing calculation results of each model, we can verify the applicability and differences of them. Keywords Cavity Expansion Theory Concrete Penetration Numerical Simulation
目 次
1 绪论 .. 1
1.1 研究意义及背景 .. 1
1.3 本文主要工作和任务 . 5
2 空腔膨胀理论 .. 6
2.1 空腔膨胀理论概述 6
2.2 混凝土靶板的球形空腔膨胀理论 8
2.3 考虑孔隙压实效应的球形空腔膨胀理论 .. 20
3 垂直侵彻深度计算 26
3.1 任意形状弹头阻力计算 . 26
3.2 侵彻深度计算 27
4 结果与分析 29
4.1 数值计算结果 29
4.2 仿真计算结果 36
5 结论与展望 39
5.1 结论 .. 39
5.2 工作总结及展望 . 39
致谢 .. 41
参考文献 .. 42
1 绪论 1.1 研究意义及背景 当前，动能武器正朝着精确制导化和侵彻深度越来越深的方向发展，无论是防护结构计算理论与防护技术， 还是制导武器战斗部研制均亟待深入研究混凝土中局部破坏效应问题。前者是显然的，后者作为钻地弹头侵彻过程中的受力环境是战斗部设计（弹体材料、弹体结构、引信、装药）必不可少的初始条件及边界条件。近年来，钻地弹在精确制导武器中独树一帜，是摧毁敌方战略指挥防护工程和战略导弹基地等地下坚固工程的主要武器，受到世界各国的广泛重视，成为各国武器库中研究和发展的主要装备，研究弹体的破坏效应，首先要认识弹体的侵彻作用。而与此同时，混凝土作为一种重要的建筑材料，被广泛地应用于军事与民用领域， 在军用领域， 绝大多数军事工事都是由混凝土构造成， 如机场跑道，防空洞，指挥所；在民用领域，混凝土可用来浇筑核设施保护层，房屋建筑物，桥梁等。 因此，研究混凝土材料在高速冲击下的力学性能具有极其重大的意义，不仅可以为防御工事的设计提供理论指导，也可用于提高高速动能武器的攻击能力。