计及应变率效应的侵彻力学工程分析方法和数值模拟

摘要

侵彻现象广泛存在于国民经济和国防建设的各个领域，因此对侵彻现象的研究一直都是国内外学者关注的重点问题之一。纵观侵彻现象的研究历史，前人主要采用经验法或半经验法、理论分析方法和数值模拟方法三种方法对侵彻现象进行研究。其中理论分析方法具有物理图象清晰、突出主要因素、计算较为简单和便于得出规律性结论等特点，所以适合工程应用。在理论分析中，经常对弹体和靶体进行模型简化，运用质量守恒、动量守恒和能量守恒定律来得出侵彻规律。但是由于问题的复杂性，在迄今为止的众多的理论分析模型中，都没有考虑应变率的影响，因此难以科学地预测侵彻规律。本文的工作重点即是在各种理论分析模型中考虑应变率效应，从而更加完善各模型的分析过程和计算结果。 针对由早期的射流模型发展而来的修正的Tate模型，我们考虑了应变率对子弹破坏应变以及弹和靶的破坏强度的影响，研究了应变率对侵彻现象的影响规律从而建立了考虑应变率效应的改进Tate模型。计算结果表明，引入应变率效应后，可以使得工程计算结果在更大速度范围内与实验结果相一致，从而为工程计算提供了更为精确的计算方法和公式。 在以土盘模型和柱腔膨胀模型相结合研究混凝土的侵彻问题的方法中，我们同样引入了应变率对混凝土屈服强度的影响，得到了计及应变率效应的浮动锁应变的计算形式。由实验数据确定出了影响参数，并在此基础上研究了弹形、初始弹速以及摩擦角对侵彻过程的影响，得到了许多有工程指导意义的结论。 在球腔膨胀模型研究侵彻问题的方法中，我们也引入了应变率效应，由实验数据出发确定了影响参数的值，并进行了相关的模拟计算和分析总结，得出了一些规律性结论。 由于全尺寸侵彻实验研究费用高，周期长，发射精度不易控制而且可重复性差，所以对侵彻现象相似律方面的研究具有很高的研究价值。本文在推导出的各模型侵彻规律的基础上分别对率无关和率相关材料的侵彻相似律问题进行了研究，得到了一些有工程应用价值的结论。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章：绪论

1.1引言

1.2高速侵彻现象的研究概况

1.3侵彻贯穿混凝土靶板的国内外研究概况、水平和发展趋势

1.4本文主要研究工作

第二章高速侵彻一维简化工程分析模型

2.1引言

2.2侵彻的物理图案和简化力学模型

2.2.1侵彻简化力学模型

2.2.2基本假定

2.2.3基本方程组的建立

2.2.4基本方程组的无量纲化以及率无关相似律分析

2.2.5侵彻过程分析

2.3侵彻现象中应变率效应的研究

2.4本章小结及讨论

第三章基于土盘模型对刚性弹侵彻混凝土的研究

3.1引言

3.2基本假定和基本方程

3.3基于土盘模型的混凝土侵彻分析

3.3.1土盘径向压力和弹的轴向阻力

3.3.2计算步骤及流程图

3.4一维近似分析的数值模拟

3.4.1材料参数

3.4.2计算结果及分析

3.5率相关混凝土抗侵彻的相似律分析

3.5.1量纲分析

3.5.2计算结果与分析

3.6本章小结及讨论

第四章橡胶基复合靶板抗侵彻特性研究

4.1引言

4.2基本假定以及基本方程组

4.2.1靶板材料的理想化模型

4.2.2基本假定

4.2.3基本方程组

4.3求解方程组

4.4计算结果及讨论

4.5本章小结

第五章全文总结及展望

5.1全文总结

5.2今后研究工作展望

参考文献