弹丸斜侵彻混凝土靶板过载分析

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1、第2期(总第126期)机械管理开发2012年4月No．2(SUMNo．126)MANAGEMENTANDDEVEL0PMENTADr．201：rilIiIl；IlL弹丸斜侵彻混凝土靶板过载分析王新刚，曹雄(中北大学化工与环境学院，山西太原030051)摘要：为了研究弹丸在倾斜侵彻过程中的特性分析，运用国际通用有限元非线性动力学分析软件LS—DYNA3D，对弹体在不同入射角倾斜侵彻半无限厚混凝土靶时的全过程进行了对比分析。可得出：随着入射角的增加，弹丸产生跳弹，侵彻安定性差，弹体达不到侵彻效果、起不到毁伤

2、目标作用，验证了模型分析的正确性。关键词：斜侵彻；混凝土；LS—DYNA’中图分类号：414~．3文献标识码：A文章编号：1003—773X(2012)02—0031—030引言式中：a0为初始屈服应力；为应变率，G和P应变率弹丸侵彻是一个十分复杂的固体动力学问题。弹参数；￡为有效塑性应变，为塑性硬化模量，E体高过载侵彻目标物，以达到毁伤特定目标物为目的，由下式给出：．目前国内外研究人员在这方面做了大量的研究，弹体F实际侵彻实验费时、费力、费用高、危险性大。随着计EP=．(2)／2,一Ctan算机技术的

3、发展，大型有限元分析软件LS—DYNA对混凝土材料采用H—J—C(Johnson—Holmquist—Con．弹体侵彻方面的应用越来越广。而在弹体实际侵彻过cret)模型，该模型是一种专门针对混凝土受高冲击程中，受到自身重量、风速等各种因素的影响，肯定发载荷、高应变率、高压效应，同时结合损伤理论考虑了生偏设角问题，这就对侵彻目标带来一定意义上的影材料的拉伸脆断行为，而压力是体积应变的函数材料响。因此，本文以弹丸带有一定倾角侵彻混凝土靶板模型，材料的本构关系方程如下：的过载进行分析，达到更好的分析斜侵彻过

4、载机理。r．，·*=IA(1一D)+BPI(1+Cln~)．(3)1理论分析ll=o／fcD：O《‘}～图2H-J-C混凝土模型实效面曲线2几何模型通过大型有限元分析ANSYS／LS—DYNA前处理进行实体建模，前处理包括Preference选项、选择单元类型和算法、定义材料属性、构建实体模型、有限元网格划分、创建PART、定义接触面等。加载、求解包括施图1弹体侵彻示意图加约束、荷载、边界条件、设置求解过程的控制参数、设材料本构关系，参见图1、图2。弹体材料采用置求解时间和时间步长控制、选择约束、输出文

5、件和输*MAT_PLASTIC—KINEMATIC塑性随动模型”，各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型，与应出时间间隔、输出K文件、调用LS—DYNA求解器进行变率相关，可考虑失效。应变率用Cowper-Symonds模求解等。为了减小计算量，将弹体及混凝土靶体靠近弹丸部分的曲线按照101Tim大小划分，混凝土边缘的型来考虑，用与应变率有关的因数表示屈服应力，其动态屈服函数：部分按照lcm间隔；弹体、混凝土靶体都采用三维实体单元类型Solid164；计算中采用单点积分和沙漏控制，=l1+(e

6、／c)l(cr0+e)(1)侵彻体与靶板采用Lagrange算法，网格单元八结点六收稿日期：2011-10—18作者简介：王新刚(1986-)，男，山西太原人，在读硕士研究生，从事舍能材料的量化计算，安全工程技术研究。E-maihwxg3086@163．corn．·31·第2期(总第126期)机械管理开发2012年4月面体。靶板外面上施加全自由度约束和非反射边界约弹体中存在弹性波和塑性波两种应力波，其中塑性波束，弹体进行X、y3Y向速度加载。弹丸和混凝土靶板的幅值比弹性波高。塑性波幅值越高，对弹丸的损伤

7、之间接触算法采用面一面侵蚀接触模型算法：*CON—大。从图(6)中可看出，在弹体入射角未达到跳弹范围TACTSURFACETOSURFACEERODING，在接触算内，入射角越小，应力波波幅匀称，塑性波幅值高，弹丸_———法中添加失效准则，当单元的有效应变达到失效主应受到冲击损伤较大。在人射角75。时，弹丸产生跳弹变和失效剪切应变时，单元失效。计算时间为1300现象，应力波波幅起伏较大。s。弹体、混凝土靶板网格模型，见图3。●fa)弹丸网格模型Time(E~3)图3有限元模型(a)15。弹体时间应力曲线

8、3数值模拟分析数值模拟弹丸X、向采用初始入射速度为300m／s，Elemen~o混凝土靶板强度为23MPa。弹体与混凝土靶板表面A818l法线正方向分别以人射角为15。、45。、60。、75。侵彻．I．．m．}}^^。．．JtlI

9、I．nI．1{’靶板。以下模拟图时间单位为s，位移、速度随时间——一变化曲线为ms。由图4、弹体位移曲线和图5、弹丸速度随时间衰——。_减曲线可以看出：弹丸初始入射速度一定时，由位移随时间变化曲线可以看出，随着人