弹体侵彻刚玉块石混凝土复合靶体的数值分析

方秦; 罗曼; 张锦华; 孙志远

doi:10.11883/1001-1455(2015)04-0489-07

弹体侵彻刚玉块石混凝土复合靶体的数值分析

doi: 10.11883/1001-1455(2015)04-0489-07

解放军理工大学, 江苏南京 210007

基金项目: 国家自然科学基金项目(51321064, 51108457, 51378015)

详细信息

作者简介:
方秦(1962—), 男, 博士, 教授, 博士生导师, fangqinjs@163.com

中图分类号: O385;TJ012
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出版历程
- 收稿日期: 2014-02-21
- 修回日期: 2014-06-08
- 刊出日期: 2015-07-25

Numerical analysis of the projectile penetration into the target of corundum-rubble concrete composite overlay

PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, Jiangsu, China

摘要

摘要: 在先前混凝土三维细观模型和块石遮弹层三维模型研究的基础上，研究了小直径炸弹侵彻条件下，刚玉块石遮弹层的抗侵彻性能。重点分析了弹体侵彻条件对侵彻深度和弹体偏转角度的影响以及遮弹层构造参数对侵彻结果的影响；详细探讨了弹体命中速度、命中角度和弹着点位置，以及刚玉块石大小、体积率和填充混凝土强度对遮弹层抗侵彻性能的影响。与普通块石遮弹层相比，刚玉块石混凝土复合遮弹层具有更好的抗弹体侵彻性能。
- 爆炸力学 /
- 抗侵彻 /
- 三维模型 /
- 刚玉块石
Abstract: In order to investigate the performances of corundum-rubble overlays subjected to small-diameter bomb penetration, a three-dimensional finite element model is developed. The model is used to study the projectile penetration into the corundum-rubble overlay by taking into account the randomness of corundum-rubble in size, shape and spatial distribution. This paper focuses on the following two aspects. The first is the effects of penetration conditions (such as projectile velocity, impact angle and position) on penetration depth and terminal yawing angle. The second is the influences of the constituted parameters for the corundum-rubble overlay (such as size and volume fraction of corundum-rubble, strength of grouted concrete). The numerical results are compared with the data from rock-rubble overlay, and better performances are found for the corundum-rubble overlay subjected to projectile penetration.
- mechanics of explosion /
- anti-penetration performance /
- three-dimensional model /
- corundum-rubble

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图 1 应避免的圆内接随机四边形

Figure 1. Bad random quadrilateral inscribed

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图 2 弹体和刚玉块石遮弹层有限元模型

Figure 2. Finite element models for a projectile and a corundum-rubble target

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图 3 弹着点对侵彻结果的影响

Figure 3. Effects of impact position on penetration

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图 4 侵彻速度对侵彻效应的影响

Figure 4. Effects of impact velocity on penetration

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图 5 弹体撞击速度和入射角对弹体变形和靶体终点弹道的影响(横截面)

Figure 5. Effects of impact velocity and impact obliquity on projectile deformation and trajectory (vertical section)

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图 6 弹体入射角对侵彻效应的影响

Figure 6. Effects of impact obliquity on penetration

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图 7 刚玉块石大小对侵彻效应的影响

Figure 7. Effects of corundum volume on penetration

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图 8 刚玉块石与块石遮弹层抗侵彻能力对比

Figure 8. Comparison of penetration effect between rock-rubble and corundum-rubble overlays

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表 1 小直径炸弹材料的计算参数^[11]

Table 1. Computational parameters for small-diameter bombs^[11]

符号	意义	值
ρ/(kg·m^-3)	密度	3 862.5
G/GPa	剪切模量	77
A	屈服应力常数	792
B	应变硬化常数	510
N	应变硬化指数	0.26
C	应变率相关系数	0.014
M	温度相关指数	1.03
T_m/K	熔化温度	1 793
T_r/K	室温	293
c_v/(J·kg^-1·K^-1)	质量定容热容	477
${{\dot \varepsilon }_0}$	参照应变率	1.0×10^-6
D₁	第一断裂参量	0.05
c/(km·s^-1)	u_s-u_p曲线截距	4.569
s₁	第一斜度系数	1.49
s₂	第二斜度系数	0.0
s₃	第三斜度系数	0.0
γ₀	Grüneisen系数	2.17
a	γ₀的一阶修正	0.46

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表 2 混凝土材料的计算参数^[12-14]

Table 2. Computational parameters for concrete^[12-14]

符号	意义	值
符号	意义	C30	C50	C80
ρ/(kg·m^-3)	密度	2 440	2 440	2 440
G/GPa	剪切模量	12.3	14.1	16.7
A	黏性强度系数	0.79	0.79	0.79
B	压力硬化系数	1.60	1.60	1.60
C	应变率参数	0.007	0.007	0.007
N	压力硬化指数	0.61	0.61	0.61
f′_c/MPa	单轴抗压强度	24	41	70
σ_t/MPa	拉伸强度	2.7	3.6	4.65
${{\dot \varepsilon }_0}$	参考应变率	1.0×10^-6	1.0×10^-6	1.0×10^-6
ε_min	最小断裂塑性应变	0.01	0.01	0.01
p_c/MPa	压碎压力	8	13.7	23.33
μ_c/10^-5	压碎体积应变	54	86	123
p_l/GPa	压密压力	1.05	1.05	1.05
μ_l	压密体积应变	0.1	0.1	0.1
D₁	损伤常数	0.04	0.04	0.04
D₂	损伤常数	1.0	1.0	1.0

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表 3 刚玉块石的计算参数^[15-16]

Table 3. Computational parameters for corundum-rubble^[15-16]

符号	意义	值
ρ/(kg·m^-3)	密度	3 800
G/GPa	剪切模量	152
A	无损伤强度参数	0.88
B	断裂强度参数	0.431
C	应变率常数	0.007
M	断裂强度参数	0.6
N	无损伤强度参数	0.64
${{\dot \varepsilon }_0}$	参考应变率	1.0×10^-6
σ_t/MPa	最大拉伸强度	262
σ_HEL /GPa	Hugoniot弹性极限	6.75
p_HEL/GPa	Hugoniot弹性极限处的压力	3.65
D₁	损伤系数	0.012 5
D₂	损伤指数	1.85
F_s	失效判据	1.5

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表 4 计算工况

Table 4. Computational cases

工况	靶体	D_rk/D	撞击位置	f_c/MPa	α/(°)	V_rk/%	v/(m·s^-1)
1	0001	1.5	中心	30	0	49.5	300
2	0001	1.5	中心偏左0.5D	30	0	49.5	300
3	0001	1.5	中心偏右0.5D	30	0	49.5	300
4	0001	1.5	中心偏上0.5D	30	0	49.5	300
5	0001	1.5	中心偏下0.5D	30	0	49.5	300
6	0001	1.5	中心	30	5	49.5	300
7	0001	1.5	中心	30	10	49.5	300
8	0001	1.5	中心	30	20	49.5	300
9	0001	1.5	中心	30	0	49.5	200
10	0001	1.5	中心	30	0	49.5	450
11	0001	1.5	中心	30	0	49.5	600
12	0002	1.5	中心	30	0	29.1	300
13	0003	1.5	中心	30	0	82.9	300
14	0004	1.5	中心	50	0	49.5	300
15	0005	1.5	中心	80	0	49.5	300
16	0006	2.0	中心	30	0	49.5	300
17	0007	3.0	中心	30	0	49.5	300

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