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  • ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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细观混凝土靶抗侵彻数值模拟及侵彻深度模型

吴成 沈晓军 王晓鸣 姚文进

桑永生. 一种新的国产高速相机及其在爆轰物理实验中的应用[J]. 爆炸与冲击, 1981, 1(2): 113-115. doi: 10.11883/1001-1455(1981)02-0113-3
引用本文: 吴成, 沈晓军, 王晓鸣, 姚文进. 细观混凝土靶抗侵彻数值模拟及侵彻深度模型[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(6): 1364-1371. doi: 10.11883/bzycj-2017-0123
WU Cheng, SHEN Xiaojun, WANG Xiaoming, YAO Wenjin. Numerical simulation on anti-penetration and penetration depth model of mesoscale concrete target[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(6): 1364-1371. doi: 10.11883/bzycj-2017-0123
Citation: WU Cheng, SHEN Xiaojun, WANG Xiaoming, YAO Wenjin. Numerical simulation on anti-penetration and penetration depth model of mesoscale concrete target[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(6): 1364-1371. doi: 10.11883/bzycj-2017-0123

细观混凝土靶抗侵彻数值模拟及侵彻深度模型

doi: 10.11883/bzycj-2017-0123
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11602111

详细信息
    作者简介:

    吴成(1989-), 男, 博士研究生, qqqwucheng@163.com

  • 中图分类号: O385

Numerical simulation on anti-penetration and penetration depth model of mesoscale concrete target

  • 摘要: 为研究细观混凝土靶的侵彻规律,采用LS-DYNA软件对刚性弹丸侵彻两相混凝土靶进行了数值模拟。结果表明,影响靶板抗侵彻能力的主要因素是砂浆种类、粗骨料种类和粗骨料体积分数;混凝土靶中的砂浆与对应的砂浆靶中的砂浆产生的阻力接近;混凝土靶中的粗骨料产生的阻力远低于对应的岩石靶中的岩石。通过扩展Forrestal阻力方程,建立了细观混凝土侵彻深度模型,模型和数值模拟一致性很好。
  • 图  1  三维混凝土靶网格的截面

    Figure  1.  Cross section of 3D concrete target grid

    图  2  最大粗骨料尺寸da、撞击位置、粗骨料形状、粗骨料级配方式、粗骨料体积分数φ对侵彻深度P的影响

    Figure  2.  Influence of maximum coarse aggregate size da, impact position, coarse aggregate shape, coarse aggregate gradation, coarse aggregate volume fraction φ on penetration depth P

    图  3  砂浆靶、混凝土靶和岩石靶的细观有限元网格

    Figure  3.  Mesoscopic finite element grid of mortar target, concrete target and rock target

    图  4  混凝土靶和砂浆靶中相同部分砂浆对弹丸施加的轴向阻力对比

    Figure  4.  Comparison of the axial resistance to projectile from the mortar in the same part of concrete target and mortar target

    图  5  混凝土靶和岩石靶中相同部分岩石对弹丸施加的轴向阻力对比

    Figure  5.  Comparison of the axial resistance to projectile from the rock in the same part of concrete target and rock target

    图  6  体应变、网格截面及等效剪应变

    Figure  6.  Volumetric strain, cross section of grid and effective shear strain

    图  7  不同入射速度v0和不同粗骨料体积分数φ下侵彻深度的理论和数值模拟对比

    Figure  7.  Comparison of penetration depth between theory and simulation at different impact velocity v0 and different coarse aggregate volume fraction φ

    表  1  Salem石灰岩HJC本构参数

    Table  1.   HJC model parameters of Salem limestone

    ρ0/(g·cm-3) G/GPa A B C N fc/MPa T/MPa ˙ε0/s-1 Ef, min
    2.3 10 0.55 1.23 0.009 7 0.89 60 4 1 0.01
    Smax Pcrush/MPa μcrush Plock/GPa μlock D1 D2 K1/GPa K2/GPa K3/GPa
    20 20 0.001 25 2 0.174 0.04 1.0 39 -223 550
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    表  2  S型砂浆HJC本构参数

    Table  2.   HJC model parameters of type S mortar

    ρ0/(g·cm-3) G/MPa A B C N fc/MPa T/MPa ˙ε0/s-1 Ef, min
    1.604 1 150 0.66 1.335 0.001 8 0.845 12.3 1.8 1 0.01
    Smax Pcrush/MPa μcrush Plock/MPa μlock D1 D2 K1/MPa K2/GPa K3/GPa
    80.24 13.8 0.007 5 109.6 0.15 0.006 629 1.0 300 -2 19
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    表  3  侵彻数值模拟方案及侵彻深度P

    Table  3.   Numerical simulation scheme and penetration depth P

    方案 v0/
    (m·s-1)
    粗骨料形状 da/mm 粗骨料级配 粗骨料方向 φ/% 附加说明 P/cm
    1 500 球体 ∅25 Fuller连续级配 - 33 - 73.9
    2 500 球体 ∅40 Fuller连续级配 - 33 - 74.6
    3 500 球体 ∅60 Fuller连续级配 - 33 撞击位置1
    (轴线)
    73.5
    4 500 球体 ∅60 Fuller连续级配 - 33 撞击位置2
    (横向偏移2 cm)
    73.3
    5 500 球体 ∅60 Fuller连续级配 - 33 撞击位置3
    (横向偏移-2 cm)
    73.7
    6 500 长方体 30×30×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴平行 33 - 69.2
    7 500 长方体 30×30×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴垂直 33 - 75.8
    8 500 长方体 30×20×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴平行 33 - 70.8
    9 500 长方体 30×20×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴垂直 33 - 75.7
    10 500 长方体 30×10×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴平行 33 - 69.9
    11 500 长方体 30×10×10 3种粗骨料尺寸 最短边与弹轴垂直 33 - 75.8
    12 500 球体 ∅40 Fuller连续级配 - 20 - 85.0
    13 500 球体 ∅40 粗骨料尺寸相同 - 20 - 88.3
    14 500 球体 ∅40 Fuller连续级配 - 50 - 66.1
    15 500 - - - - 100 靶板为岩石 27.0
    16 500 - - - - 0 靶板为砂浆 97.6
    17 800 球体 ∅40 Fuller连续级配 - 33 - 153.3
    18 300 球体 ∅40 Fuller连续级配 - 33 - 33.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-14
  • 修回日期:  2017-05-22
  • 刊出日期:  2018-11-25

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