计及靶体宏细观结构影响的低速侵彻响应——实验研究与数值分析

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1、中国绅誊敢求大誊博士学位论文计及靶体宏细观结构影响的低速侵彻响应一实验研究与数值分析作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：徐伟芳固体力学汪洋教授二O一三年四月二十六日UniversityofScienceandTechnolog、ofChinanversityofcienceandechnoloflyAdissertationfordoctor’Sdegree■一‘●■J■‘Experimen协IInVeStIgatIOnandnUmericalanalysmofIow-velocity。■。一■‘一1penetratingresponsesincorporat

2、ingmacroandmicrostructuresoftargetsAuthor’SName：speciality：Supervisor：1⋯●●●rmlshedtime：XuWeifang’一SolidmechanicsProf．WangYangApril26n1，2013中国科学技术大学学位论文原创1

3、I生声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：犁签字日期：立竺堡二生中国科

4、学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。留公开口保密(——年)作者签名：途一厶孝塞签字日期：出￡三!笸：』导师签名：签字日期：塑!曼161罗摘要摘要简化弹／层状靶体的侵彻问题是弹与靶相互作用的瞬态

5、接触问题，涉及应力波的传播、弹靶的变形、损伤和破坏及其演化的相互耦合，有限元数值分析方法是侵彻分析的重要工具之一。但现有的有限元分析中缺乏较完整的混凝土宏细观数值本构模型以及宏细观失效准则，缺乏高效的计及细观结构特征的建模方法。本文提出了计及靶体细观结构特征的高效率建模方法和较完整的混凝土的宏细观数值本构模型以及宏细观失效准则；同时基于单点积分的非线性显式有限元LS．DYNA软件构建有限元数值分析平台，研究了简化弹低速侵彻层状靶体的弹靶动力学响应规律。本文获得了以下的主要研究成果。采用应变、加速度测试技术并结合高速摄影技术，建立了弹、混凝土靶侵彻过程中靶体动力学响

6、应的测试系统，并应用于简化弹低速分别正侵彻单层混凝土靶和土体，以及斜侵彻层状靶体的试验中，获得了低速侵彻过程中靶体的响应规律。单层混凝土正侵彻试验的测试结果表明，简化弹碰撞单层混凝土靶后，着靶面的变形特征是径向受压和环向受拉；受出靶面自由边界的影响，在反射拉伸应力波的作用下出靶面混凝土发生飞溅、开裂和崩落；在撞击下单层混凝土靶体的动力学响应主要分三个阶段，初期主要是应力波的传播，中期是应力波和结构振动效应的耦合作用，后期主要是结构的振动。单层土体受球形弹侵彻后，土体的破坏特征为着靶面出现漏斗坑、土体内部形成直线通道，其漏斗坑直径、开坑深度及侵深随球形弹侵彻速度的增

7、加而增加。层状靶体受截锥形简化弹斜侵彻后，面层内的径向和轴向加速度脉冲经历多次振荡后迅速衰减；靶体面层表面形成类似椭圆的破坏区域、内部形成类似喇叭口的破坏模式，基层、压实层和天然地基层内形成直线通道。依据混凝土三轴试验的结果分析，提出了较完整的混凝土宏观本构模型和失效准则，同时基于靶体侵彻响应测试结果，确定了混凝土和土的相关参数；在此基础上建立了简化弹正侵彻土体、单层混凝土和斜侵彻层状靶体的有限元分析模型，并分别进行了相应的计算，结合试验结果分别对相应的模型进行了考评，结果表明该有限元分析模型是有效的和比较可靠的。在此基础上较系统地研究了简化弹低速侵彻层状靶体的响

8、应，考察了简化弹着速、倾角、攻角和层状靶体的基层强度对弹体偏转角、加速度和速度等侵彻响应的影响，揭示了以下新的相关规律。弹体在侵彻层状靶体过程中发生偏转，最大偏转出现在压实层和天然地基层中；在不同着速、倾角和攻角情况下，碰撞后的弹体速度和加速度响应与每层厚度和强度密切相关，其中加速度一时间曲线均呈台阶式下降；揭示了引信位置或起爆时间与弹体倾角、着速和攻角的权重排序关系，即摘要定深引信的排序依次为弹体入射的倾角、着速和攻角，而延时引信的排序依次为弹体的着速、倾角和攻角。在级配“数值混凝土”的建模过程中，首先提出了空间离散占位法，实现了高容积率大量骨料的高效率投放，利

9、用Patr