鋼管約束混凝土抗侵徹性能與機理研究.pdf

1、混凝土在遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。約束混凝土在抗彈方面比普通混凝土具有明顯優(yōu)勢。本文針對現(xiàn)有約束混凝土抗侵徹研究的嚴(yán)重不足，開展鋼管約束混凝土抗侵徹性能和機理研究，包括侵徹試驗、數(shù)值模擬和理論分析。本文的研究為遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用提供了參考，具有重要的學(xué)術(shù)價值和軍事意義。本文主要工作如下：
　　1、進(jìn)行了12.7mm硬芯槍彈打擊鋼管約束混凝土靶的侵徹試驗，研究了彈著點偏心、撞擊速度、鋼管直徑和壁厚對靶

2、體抗侵徹性能的影響以及鋼管約束混凝土靶的抗多發(fā)打擊性能。結(jié)果表明：彈丸侵徹下靶體迎彈面混凝土表現(xiàn)出裂紋-粉碎響應(yīng)模式；彈丸偏心會導(dǎo)致侵深小幅度增加，偏心較大時鋼管易產(chǎn)生鼓曲和撕裂等現(xiàn)象；撞擊速度越大，侵深增加的越明顯；鋼管直徑越小、壁厚越大，靶體的抗侵徹能力越強，但壁厚太小靶體易發(fā)生無效防護(hù)，壁厚過厚侵深減小不明顯，經(jīng)濟(jì)性差；對于本文試驗用鋼管約束混凝土靶，單發(fā)侵深較半無限靶可減小20％；小直徑鋼管約束混凝土靶能有效抵抗3發(fā)打擊，在最終

3、侵深和靶體損傷等方面都優(yōu)于半無限靶。
　　2、在侵徹試驗基礎(chǔ)上，運用 ANSYS/LS-DYNA開展了鋼管約束混凝土靶抗侵徹機理的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：隨著彈丸的侵入，靶體混凝土損傷大致可分為形成漏斗坑階段和隧道區(qū)侵徹階段；混凝土應(yīng)力區(qū)域的擴(kuò)展在侵徹初期同半無限靶，呈半球形向下擴(kuò)展，后來由于鋼管的約束作用逐漸形成近似平面波向下擴(kuò)展；鋼管壁單元環(huán)向應(yīng)力遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)力，鋼管應(yīng)力響應(yīng)與混凝土基本同步，對于給定截面，當(dāng)彈丸侵徹到該截面位

4、置時鋼管約束作用最大；對本文試驗所用彈丸和速度（820m/s左右），當(dāng)靶徑/彈徑比大于31.9時，靶體可以作為半無限靶看待。
　　3、針對現(xiàn)有剛性彈侵徹半無限混凝土靶侵深公式對鋼管約束混凝土靶的不適用性，基于 Forrestal侵深模型，結(jié)合硬芯槍彈侵徹鋼管約束混凝土靶的特點，建立了與鋼管約束剛度相關(guān)的侵深預(yù)測公式，與本文試驗結(jié)果和文獻(xiàn)試驗結(jié)果比較表明：所建立的侵深公式能較為準(zhǔn)確地預(yù)測鋼管約束混凝土靶抗硬芯槍彈單發(fā)和多發(fā)打擊侵深。