弹体侵彻混凝土靶的数值模拟

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1、62低温建筑技术2010年第9期(总第147期)弹体侵彻混凝土靶的数值模拟贾志臣，杨春，杨少伟(1．山东聊建建设有限公司。济南2500002．山东省建筑科学研究院。济南250000)【摘要】利用AUTODYN一3D有限元计算软件对钢纤维混凝土靶板以及新型抗侵彻组合层的侵彻过程进行了数值模拟，得到了靶板破坏形态、弹体侵彻过程的速度变化等重要的侵彻参数和规律。【关键词】弹体；混凝土靶；数值模拟【中图分类号】TU528．572【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2OLO)O9—0062—03数值模拟是材料抗侵彻研究中的一种重要的研1．1．2弹体强度模型究方法¨“。弹体对钢纤维混凝土靶

2、板的侵彻问题是弹体的强度模型符合Johnson—Cook材料模型：一个过程十分短暂的高压力、大应变的非线性问题。由于实验技术和测试手段的限制，侵彻过程中的某些⋯s“1+Cln一(箍)]参数(如弹体侵彻过程的速度和侵彻阻力、靶板的破式中，和8。是参考温度(室温)和参考应变率坏过程等)目前还很难通过侵彻实验直接获得。从理(1s)，A(Pa)、(Pa)；n为与材料有关的材料参数，C论上讲，数值模拟可以非常逼真地再现侵彻全过程的是应变率常数；是材料的熔化温度。所有细节，给出与侵彻相关的所有物理量，如应力场、1．2混凝土材料模型及其参数变形场、微裂纹的演化过程等。混凝土是一种组成非常复杂的材料，由于

3、其内部弹体对各种靶体的侵彻是包含大变形乃至损伤骨料、孑L隙、基体材料的不同，导致在具体描述其力学和破坏的动态过程。材料的损伤和破坏是一个很复杂性能时非常困难。Herrman(1969)提出了一种考虑混的问题，是与材料性质密切相关的。描述混凝土凝土孔隙的状态方程，其中还包含了对混凝土失效模材料在弹丸高速撞击条件下的动态破坏行为需要一拟非常重要的EOS部分，混凝土的RHT模型中同样个完整的本构模型，它应能处理材料在拉伸加载下的包含压力过程中失效材料的残余强度。下面列出材料脆性断裂，和压缩加载下的破坏行为。目前多将混凝模型的主要组成部分。土简化为各向同性的弹塑性模型，用空腔理论加以理1．2．1混

4、凝土状态方程论推导，最初应用的是不可压缩的弹塑性模型，后来发混凝土是一种非均匀的多孔的材料，其力学性能展到利用可压缩的弹塑性材料模型的力学特性。呈现出复杂的非线性。Herrman建立了考虑混凝土材1材料模型及其参数料多孔性的状态方程，下面对其提出的方程进行简单1．1弹体材料模型及其参数介绍。假设完全密实的混凝土材料满足线性多项式在钢弹体侵彻混凝土靶体的模拟过程中，弹体的(3)，引人材料的孑L隙率系数，可以得到方程(4)：强度通常比混凝土强度大得多，弹体冲击混凝土试件P=Al+A2+A3+(B0+BlIx)poe后基本没有变形，仅弹体表面有一小部分被侵蚀。基于此，需要建立一个侵彻过程中弹体材

5、料的状态方程=p／p。一1(3)和强度模型，在AUTODYN数值模拟中，具有适合各种P=P，e)一尸=pa，e)，情况的强度模型和侵蚀模型(EOS)，本文中采用John—=1+(ct~-1)＼／Ploek-PJ＼(4)son—Cook强度方程和冲击侵蚀模型。1．1．1弹体的状态方程对于完全压实的材料，孔隙率系数为1，压力P弹体的状态方程符合冲击状态方程，应力P是比等于P，压力根据式(3)计算。初始孔隙率压力体积和比内能e的函数如下式所示：P。和完全密实压力P之间的关系见方程(4)。(ItP=P+古(e—eH)(1)(P，e)给出了材料在材料被完全压实P和具有孔隙式中，参考状态P和e符合Hu

6、goniot一冲击曲P之间的关系。，，

7、n、1．2．2混凝土强度模型线，y是Gruneisen常数fl。混凝土跟其它脆性材料一样，其抗拉强度、极限抗贾志臣等：弹体侵彻混凝土靶的数值模拟63拉应变很低，另外，随着加载速率的增加，混凝土的强看出，初始速度越大，弹体反向运动速度越大，表明靶度也随之增加，因此需要建立一个复杂的强度模型把体内积累的弹性能也越多。对于相同弹体侵彻相同靶混凝土在变形时的拉压行为和残余强度联系起来。体时，弹体由初始速度降为零所经历的时间基本相同。Riedel、Hiermaier和Thoma提出了一种在预测混凝土l2o0靶体侵彻深度时采用的模型(RHT)，该模型目前已嵌10

8、00入到AUTODYN有限元软件中。与Johnson—Cook模·8o0型不同的是，材料的强度与受到的压力有关，计算过程蠢60。。0中对于已失效的材料，其仍然具有残余强度。200失效面可以看作是一个沿着压力子午线的强度O一2oo(P)的函数，再乘以因式F(s)和R，()。时间／msr,ai。=yTx(P)F(6)R，()(5)a1I号弹体侵彻I号靶体2有限元模型的建立．根据试件的对称性，建立四分之一的三维轴对称曲有限元模