不同强度混凝土高温下动态劈拉性能研究

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置和加温装置,在不同温度(20 ℃、200 ℃和400 ℃)下对3种不同强度(C20、C45和C70)混凝土材料开展不同应力率的动态劈裂拉伸实验,得到了温度和应力率耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度及相应的破坏形态。实验结果表明,混凝土材料的动态劈裂强度随应力率的增加而增加,且应力率相近时,其动态劈裂强度随温度的增加而明显降低。在此基础上给出了描述混凝土材料在不同温度下的动态劈裂强度与应力率关系的表达式,并确定了相关材料参数。通过对不同应力率和温度耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度进行横向对比,发现混凝土材料动态劈裂强度的温度敏感性随应力率的增加逐渐减小,并且随着混凝土材料强度的增加其温度敏感性也逐渐变小,但是其动态劈裂强度的应力率敏感性却随着温度的升高逐渐增大。     

硬质聚氨酯泡沫塑料的应变率效应研究

利用直径37 mm口径分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)对硬质聚氨酯泡沫塑料(Rigid polyurethane foam,RPUF)开展了应变率范围为1000～2300s-1的动态压缩试验,试验结果表明RPUF材料具有明显的应变率效应。将RPUF材料视为不含应变率效应的理想弹塑性模型,并利用有限元软件ABAQUS开展RPUF材料SHPB试验的数值模拟,仿真结果表明RPUF材料的动态屈服强度随着应变率的增加而明显增大,横向惯性效应对试验结果的影响不可忽略。接着开展了RPUF材料的三轴围压(1 MPa、2 MPa、5 MPa和10 MPa)试验,试验结果表明,RPUF材料的屈服强度和静水压呈线性关系,因此研究RPUF材料应变率效应时需要考虑材料本身静水压效应对其的影响。为了获取RPUF材料的实际应变率效应,基于SHPB和三轴围压的试验数据提出一种含静水压效应和应变率效应的本构模型,并将其应用于RPUF材料的SHPB数值模拟中,该方法虽然消除了材料静水压效应对试验结果的影响,但仿真结果仍比试验值偏大,这是因为横向惯性效应对试验的影响并...     

炸药的不完全起爆对其水下爆炸特性的影响

在2 m×2 m×2 m水箱中分别采用两种引爆方式对2.5 g、5 g和10 g圆柱形装药TNT进行了水下爆炸实验,得到了不同工况下冲击波和气泡脉动的压力时程曲线以及相应的气泡脉动过程。实验结果表明:使用电雷管对主装药进行引爆时,炸药并未完全起爆,冲击波峰值压力均小于经验公式计算得到的理论值,二者间平均误差为25.92%;而使用电雷管以及传爆药柱对主装药进行引爆后,炸药完全起爆,冲击波峰值压力与经验公式间的平均误差降低至4.37%,且整体较为稳定。在此基础上,对比两种引爆方式下的各项爆炸特性,发现炸药的不完全起爆会导致其爆炸后的气泡脉动周期和气泡膨胀最大半径有所减小,冲击波峰值压力、冲击波能以及气泡能明显降低,但对气泡脉动峰值压力的影响并不明显。     

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

杆弹头部形状对侵彻行为的影响及其机制

为探讨不同靶板类型时杆弹头部形状对侵彻行为的影响,对几种头部形状杆弹进行了数值仿真。研究表明:靶板为4340钢且入射速度较小时,杆弹头部形状对侵彻行为有一定的影响,最优头部形状是半球形,速度较大时,头部形状只在开坑阶段对侵彻行为造成影响,对弹体的最终侵彻效率影响并不大;靶板为混凝土时,头部形状对侵彻行为有很大的影响,卵形头部弹体的侵彻能力明显强于其它两种头部形状的弹体;并对其影响机制进行了深入的研究。     

混凝土靶高速侵彻的率相关相似律研究

为更合理设计混凝土靶抗侵彻相似试验,以混凝土材料的粘塑性本构关系为基础,根据相似理论,建立了卵形弹高速侵彻混凝土靶时相似律的一般形式。同时,结合工程计算方法,对其进行深入的分析。结果表明:考虑应变率影响时其几何相似律是不成立的,而且在缩尺比较大时,几何相似律偏离愈加明显,这是因为混凝土的应变率效应使得相似律发生了平移和偏转。通过对计算结果的分析和拟合,得出对原几何相似律进行修正的公式。     

水下爆炸作用下固支多层片组结构的塑性毁伤研究

为研究固支多层片组结构在水下爆炸作用下的毁伤行为,以能量法为基础,建立了典型多层片组结构在水下爆炸冲击波作用下的塑性响应模型,给出了一定爆炸载荷迎面作用下固支多层片组结构的塑性变形以及剪切断裂毁伤计算方法。利用AUTODYN仿真软件,对不同工况下固支多层片组结构的毁伤进行了仿真研究,并开展了水下爆炸毁伤试验,测试了水下爆炸冲击波参数和多层片组结构的毁伤情况。结合数值模拟和试验结果可知,该理论模型可以很好的预测多层片组结构的毁伤破坏情况,包括其塑性变形层数、剪切破坏层数和最大破坏深度,为水下多层防护结构抗冲击设计提供了一定的依据。     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。     

近场水下爆炸气泡与目标尺寸匹配关系研究

为了探究不同尺寸结构与气泡的相互作用机理，开展了2.5 g TNT在边长为20 cm、40 cm和70 cm固支方板底部15 cm处起爆的水下爆炸实验，通过观察实验高速录像以及传感器测得的压力数据结果得到：板的尺寸过小时，气泡在膨胀过程中会与空气接触，使得气泡脉动过程终止。为进一步探究爆炸气泡与目标尺寸的匹配关系，采用Abaqus软件中的CEL算法，固支方板以拉格朗日网格建立，其余部分以欧拉网格建立，对近场水下爆炸气泡的动力学行为以及压力数据进行数值模拟，通过将仿真结果与实验拍摄到的气泡现象与测得的压力时程曲线做对比验证了仿真方法的可行性。以爆炸深度除以最大气泡半径为比深度，以板的边长除以最大气泡半径为边长，接着开展了板边长为0.455到3.182倍最大理论气泡半径、爆距为0.455到1.136倍最大理论气泡半径的系列仿真。仿真结果表明：随着板尺寸的减小，气泡越容易提前溃散；以无量纲板尺寸和无量纲爆深为变量给出能否形成一个完成气泡脉动的分界函数；爆距与板尺寸距离分界线越近，气泡脉动结束时间越早。     

钢纤维混凝土力学特性与本构模型研究

采用MTSS10和直径为74mm的大尺寸SHPB实验装置，对超短钢纤维混凝土进行了动静态力学性能实验。基于所测的应力-应变曲线，对钢纤维混凝土在不同应变率下的弹性模量、峰值应力、峰值应变和韧度变化规律进行了探讨。此外，根据曲线特点提出了一种含损伤本构模型。