侵彻和爆炸下超高性能水泥基复合材料的毁伤效应及数值模拟

作     者：杨浩若 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赖建中

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：超高性能水泥基复合材料 数值模拟 多次侵彻 侵爆耦合 

摘      要：随着钻地武器的不断发展和性能提升,防护工程材料也有着巨大的改进需求,对于防护工程材料而言,如何更好地抵抗侵彻、爆炸等毁伤行为是当下的热门研究方向。本论文研究并制备了不同配比、不同增强方式的超高性能水泥基复合材料靶体,对其进行多次侵彻实验和侵爆耦合的实验,并将实验的情况进行计算机数值模拟,取得了以下研究成果。通过对超高性能水泥基复合材料的研究,设计了五种材料配比并将其制备成实弹侵彻用靶体,分别是由普通混凝土,刚玉骨料增强的、纤维增强的、纤维和刚玉骨料共同增强的超高性能水泥基复合材料制成。在多次侵彻实验中,记录并分析了靶体的破坏形态,对侵彻深度、开坑面积进行了测量,基于这些参数对不同靶体进行了抗侵彻性能比较,分析了不同靶体抗侵彻性能的异同。在多次侵彻实验的基础上,运用ANSYS-AUTODYN软件进行了多次侵彻数值模拟,将模拟破坏形态、侵彻深度、损伤情况和压力时程曲线在不同靶体间进行比较,并将这些模拟结果同实验结果进行对照分析,得出了多次侵彻下超高性能水泥基复合材料的损伤破坏规律。在多次侵彻实验结果的基础上,优化靶体材料配比,制备了骨料靶和纤维靶两种超高性能水泥基复合材料靶体,并进行侵爆耦合的实验。采用先侵彻后爆炸和先爆炸后侵彻两种毁伤类型,对两类靶体的毁伤行为进行了分析和比较,得出了超高性能水泥基复合材料侵爆耦合作用下的毁伤规律。运用ANSYS-AUTODYN软件对超高性能水泥基复合材料侵爆耦合破坏进行数值模拟,对破坏形态、毁伤深度、开坑大小、压力时程曲线等物理量进行了研究,揭示了侵爆耦合下超高性能水泥基复合材料靶体损伤破坏全过程。