动能弹斜侵彻混凝土靶体的实验及数值模拟研究

摘要

弹丸高速飞行时，由于初始偏航角的存在，重力和空气阻力的不对称作用以及击靶姿态的不稳定会产生误差，不可避免地形成斜着靶而导致斜侵彻状态发生，大大增加了侵彻问题的分析难度。通过实验和数值模拟相结合方式，研究弹丸斜侵彻靶体过程中弹丸速度、侵彻角等对侵彻效应的影响关系，有助于对侵彻问题的深入研究。
　　 论文从理论上详细叙述了弹丸侵彻混凝土的运动特点、混凝土的破坏特征，介绍了实验的具体方案，阐述了弹丸斜侵彻混凝土的具体实验方法，解决了在一级轻气炮上使用高速摄影机的防护问题，验证了此实验方法用于一级轻气炮拍摄侵彻问题的可靠性；
　　 通过高速照片，观察到了弹丸从接触到侵入靶体的全部过程，清楚地展示了弹丸的飞行姿态和混凝土靶体的破坏状态等，并且对实验后混凝土的破坏状态（包括成坑直径、成坑深度等）进行了客观的评估，得到了关于弹丸速度、侵彻角对混凝土破坏效应影响的关系。分析发现，弹丸速度相同时，随着弹丸侵彻角度的增加，弹丸对混凝土的侵彻深度呈现减小趋势，混凝土的成坑直径也呈减小趋势；同一侵彻角度下，弹丸的速度越大，侵彻深度越大。
　　 作为对实验研究的补充，进行了有限元数值模拟，通过对比模拟结果与实验结果，验证了数值模拟的可靠性，获取了一些关于速度、加速度的时程关系。并且通过增加数值模拟次数，得到了在本次实验平均速度下的弹丸跳弹特征。对比模拟结果发现，侵彻初期弹丸受到的反作用力不大，弹丸速度降低率较小，然后弹丸的负加速度快速增大，弹丸速度骤减；随着速度的降低，最后弹丸负加速度逐渐变小，弹丸速度降低率变缓。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 论文选题的背景和意义

1.2 弹丸侵彻混凝土靶体的研究现状

1.3 本文的研究内容与方法

2 弹丸侵彻混凝土靶体的基本理论

2.1 引言

2.2 基本侵彻理论

2.3 弹丸侵彻时的受力分析

2.4 弹丸侵彻运动方程

2.5 弹丸侵彻行程

2.6 弹丸侵彻混凝土靶体的侵彻特点

2.7 本章小结

3 弹丸斜侵彻混凝土靶体的实验方案

3.1 引言

3.2 一级轻气炮

3.3 高速摄影机

3.4 其他实验器材和装置

3.5 实验系统

3.6 实验方法

3.7 本章小结

4 弹丸斜侵彻混凝土靶体规律分析

4.1 引言

4.2 弹丸斜侵彻混凝土靶体过程中的高速运动规律分析

4.3 弹丸斜侵彻混凝土靶体破坏效果分析

4.4 本章小结

5 弹丸斜侵彻混凝土靶体的数值模拟

5.1 引言

5.2 有限元基本理论

5.3 ANSYS/LS-DYNA简介

5.4 数值模拟

5.5 数值模拟结果及分析

5.6 弹丸跳弹角度分析

5.7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果