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柱状弹高速撞击下高强聚乙烯复合夹芯结构的抗侵彻分析模型研究

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中国舰船研究 2024年

作者：戴文喜谢伟胡鹏程程远胜张攀李德聪中国舰船研究设计中心华中科技大学船舶与海洋工程学院

[目的]为快速评估高强聚乙烯复合夹芯结构的抗弹性能，建立其抗高速柱状弹侵彻的理论分析模型。[方法]首先，将夹芯结构的抗柱状弹侵彻过程分为3个阶段，分析各阶段的能量耗散问题，提出忽略柱状弹镦粗和考虑柱状弹镦粗影响的理论分析... 详细信息

[目的]为快速评估高强聚乙烯复合夹芯结构的抗弹性能，建立其抗高速柱状弹侵彻的理论分析模型。[方法]首先，将夹芯结构的抗柱状弹侵彻过程分为3个阶段，分析各阶段的能量耗散问题，提出忽略柱状弹镦粗和考虑柱状弹镦粗影响的理论分析模型，进而建立各阶段的消耗能量与剩余速度之间的关系式；然后，采用有限元软件ANSYS/AUTODYN建立高强聚乙烯复合夹芯结构的抗柱状弹侵彻数值模型，通过计算弹体的剩余速度，从而拟合得到弹道极限数值；最后，将理论分析模型与数值模型的计算结果进行对比验证。[结果]以数值模型结果为基准，忽略弹体镦粗、考虑弹体镦粗的理论分析模型预报值的弹道极限误差均小于22%；综合考虑误差最大值、平均值和相关系数，考虑弹体墩粗的理论分析模型的弹道极限计算精度更高。[结论]该理论分析模型能够较好地计算高强聚乙烯复合夹芯结构抗柱状弹侵彻的弹道极限，可为其他纤维复合夹芯结构的抗侵彻计算提供参考。

关键词：高强聚乙烯复合夹芯结构抗弹性能弹体侵彻弹道极限

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弹体侵彻舰船板架结构姿态角统计研究

弹体侵彻舰船板架结构姿态角统计研究

作者：邢钰林哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

板架结构是由平板和纵横交错的加强筋构成,纵横加强筋的出现导致板架结构除了平板的拉伸和剪切破坏以外,还包含加强筋的弯曲、扭转、剪切破坏,使得板架结构的毁伤模式更为复杂。而舰船的侵彻是对多层板架结构的侵彻,每层板厚较小,但是... 详细信息

板架结构是由平板和纵横交错的加强筋构成,纵横加强筋的出现导致板架结构除了平板的拉伸和剪切破坏以外,还包含加强筋的弯曲、扭转、剪切破坏,使得板架结构的毁伤模式更为复杂。而舰船的侵彻是对多层板架结构的侵彻,每层板厚较小,但是多层板架结构空间跨度大,因此弹体姿态角改变较大,姿态角变化是弹体侵彻能力的关键。板架结构毁伤模式的复杂性和分布的不均匀性,导致弹体姿态角变化十分复杂,加之弹着点的散布性,使得姿态角变化呈现不确定性,如何建立弹体姿态角不确定性的描述方法是目前的技术瓶颈问题。本文针对板架结构高速侵彻姿态角变化的统计学描述方法开展研究,分析板架结构拉、弯、剪、扭复杂毁伤模式及受力特性,提出板架结构高速侵彻毁伤区划方法,分析弹体侵彻平板和加强筋板架结构的姿态角变化规律,最终建立基于统计学方法的舰船板架结构弹体姿态角变化描述方法。本文主要研究内容如下:首先对弹体侵彻的数值方法进行介绍,验证数值模型的网格收敛性。将板架结构划分为三种局部结构单元,分析了其运动和受力特点,通过毁伤模式再将基本单元分为不同毁伤区域,形成板架结构高速侵彻毁伤区划方法,为后续板架结构侵彻力学模型的建立和动力学分析提供基础。接下来针对弹体侵彻平板结构,提出影响因素初速度和着角符合正态分布的基本假设,推导得到弹体在侵彻平板时姿态角变化的概率密度理论公式,建立弹体侵彻平板姿态角变化统计规律。随后继续分析弹体侵彻加强筋板架结构的毁伤模式,采用数值手段分析弹体姿态角变化统计规律,探究弹体姿态角变化和加强筋弹着点的位置关系,分析T型材加强筋的翼板和腹板的毁伤模式,发现不同毁伤模式划分,进行毁伤模式统计规律划分。最后将板架结构区划画出,提出符合正态分布的弹着点坐标散布数学模型,结合蒙特卡洛法计算弹体打击板架结构不同弹着点的概率,分析弹体落入不同毁伤区域的概率,通过数值模拟计算弹体侵彻板架结构姿态角变化特性,引申得到姿态角变化统计学特性,最终建立弹体侵彻板架结构姿态角变化统计学描述方法。

关键词：弹体侵彻板架结构姿态角变化毁伤模式

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弹体侵彻混凝土数值模拟失效指标研究

振动与冲击 2009年第8期28卷 30-34页

作者：姜华王君杰同济大学桥梁工程系上海200092

利用单个立方体单元压缩和拉伸数值模拟揭示了HJC混凝土模型的抗压,抗拉和损伤特性,将该模型用于模拟Hanchak侵彻试验,采用最大主应变,等效塑性应变和最大拉静水力三种失效模式后得到的残余弹速和靶板破坏现象与试验结果对比后,最大主... 详细信息

利用单个立方体单元压缩和拉伸数值模拟揭示了HJC混凝土模型的抗压,抗拉和损伤特性,将该模型用于模拟Hanchak侵彻试验,采用最大主应变,等效塑性应变和最大拉静水力三种失效模式后得到的残余弹速和靶板破坏现象与试验结果对比后,最大主应变和拉静水失效得到的弹体残余速度误差比等效塑性应变失效要小,等效塑性应变失效得到的靶板表面破坏现象与实验结果也相差较大。

关键词： HJC混凝土模型数值模拟失效指标弹体侵彻混凝土板

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PBX装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟

含能材料 2018年第1期26卷 101-108页

作者：张馨予吴艳青黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为探究浇注型高聚物粘结炸药(PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况,将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型,拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力学... 详细信息

为探究浇注型高聚物粘结炸药(PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况,将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型,拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力学响应,利用动力有限元数值软件模拟了含装药弹体侵彻混凝土靶板中炸药的力学损伤响应,分析了炸药应力波的传播、压力分布和三种损伤分布及演化。结果表明,加载初期炸药装药的头部承受较大的压缩应力,当应力波传播至尾部反射回拉伸波时,由于弹体的惯性作用,装药尾部和壳体内表面发生撞击,迅速形成高压区,压力高至0.25 GPa,因此装药头部和尾部损伤较为严重,应作为重点防护区域。

关键词：高聚物粘结炸药(PBX) 弹体侵彻粘弹性模型脱粘损伤晶体破碎损伤

基于板厚补偿的921A钢与Q345钢靶板在截卵形弹体侵彻下的等效方法

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兵工学报 2021年第11期42卷 2465-2475页

作者：王逸南张建伟王治姚熊亮杨娜娜哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

对于弹体侵彻舰船靶标试验,由于船用特种钢材较为昂贵,试验成本过高,开展普通船用钢材替代船用特种钢材的等效性研究。为确定不同材料靶板之间的等效关系,基于剩余速度相等原则,采用量纲分析及补偿模型的方法,提出基于补偿模型的材料等... 详细信息

对于弹体侵彻舰船靶标试验,由于船用特种钢材较为昂贵,试验成本过高,开展普通船用钢材替代船用特种钢材的等效性研究。为确定不同材料靶板之间的等效关系,基于剩余速度相等原则,采用量纲分析及补偿模型的方法,提出基于补偿模型的材料等效工程化设计公式。该公式中等效板厚与原型板厚之比和等效板屈服强度与原型板屈服强度之比要满足幂指数关系,而幂指数系数要通过实验或仿真方法确定。运用有限元分析软件LS-DYNA对截卵形弹体垂直侵彻921A钢和Q345钢均质靶板过程进行数值仿真,结果表明计算结果与实验结果吻合较好,验证了数值仿真方法的正确性。通过对数值仿真计算得到的等效板厚拟合,提出两种材料靶板等效板厚与动态屈服强度之间的经验公式,并验证了补偿模型公式的有效性。为舰船靶标侵彻实验的等效靶设计提供了理论依据和数据参考。

关键词：舰船靶标截卵形弹体弹体侵彻材料等效补偿模型

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弹体垂直侵彻钢筋混凝土数值模拟

同济大学学报（自然科学版） 2010年第4期38卷 557-563页

作者：姜华王君杰同济大学桥梁工程系上海200092

详细总结了Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)混凝土模型,采用标准立方体单轴拉伸和单轴压缩数值模拟揭示了模型基本特性,并将该模型用于弹体侵彻钢筋混凝土数值模拟,钢筋混凝土靶板前后表面的层裂破坏和内部断裂破碎现象均得到了较好反映,... 详细信息

详细总结了Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)混凝土模型,采用标准立方体单轴拉伸和单轴压缩数值模拟揭示了模型基本特性,并将该模型用于弹体侵彻钢筋混凝土数值模拟,钢筋混凝土靶板前后表面的层裂破坏和内部断裂破碎现象均得到了较好反映,计算得到的弹体残余速度和实测值吻合较好,数值模拟还表明钢筋作用和混凝土模型相似角对弹体残余速度影响较小.

关键词： Riedel—Hiermaier—Thoma混凝土模型数值模拟弹体侵彻钢筋混凝土板