基于物质点法的船体板架结构高速侵彻毁伤模式研究

王逸南; 姚熊亮; 王治; 杨娜娜

doi:10.11883/bzycj-2020-0134

基于物质点法的船体板架结构高速侵彻毁伤模式研究

doi: 10.11883/bzycj-2020-0134

哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001

基金项目: 国家自然科学基金（51779056，51879048）

详细信息

作者简介:
王逸南（1995－　），男，博士研究生，wanghuang@hrbeu.edu.cn

通讯作者:
姚熊亮（1963－　），男，博士生导师，教授，yaoxiongliang@hrbeu.edu.cn

中图分类号: O383
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出版历程
- 收稿日期: 2020-05-06
- 修回日期: 2020-12-04
- 网络出版日期: 2021-09-18
- 刊出日期: 2021-10-13

Different failure modes during the high-velocity penetration on the ship plate structure through material point method

Marine Engineering College, Harbin Engineering University, Harbin 150001, Heilongjiang, China

摘要

摘要: 本文通过数值模拟的方法研究了截卵型弹体冲击下921A钢板的毁伤模式。跟以往试验进行对比，发现数值结果与实验结果吻合良好。在3种不同工况下，剩余速度与实验结果吻合良好，误差小于5%。随着弹着点位置的变化，加筋板的失效模式发生变化。击中靶板中心时，加强筋发生撕裂，目标板在左右两侧产生对称的花瓣型破坏模式。随着弹着点位置的偏移，加强筋的撕裂程度逐渐减小，最后仅仅发生塑性应变。并且目标板上的破坏不再对称，左侧板的动态响应从花瓣破坏变为小面积断裂，最后仅保留塑性变形。右侧板始终产生花瓣型失效模式，但花瓣的数量和形式始终在变化。结果表明，物质点法可以很好地应用，并为今后舰船穿透研究提供参考。
- 弹体侵彻 /
- 弹着点 /
- 失效模式 /
- 物质点法
Abstract: In this paper, the numerical simulation of 921A steel target under the impact of truncated-ogive projectile is studied. The numerical results agrees well with the experimental results. Under three different conditions, the residual velocity is in good agreement with the experimental results, and the error is less than 5%. With the change of the impact point position, the failure modes of the stiffened plate target plate is described in detail. First, the stiffener tears and the failure by symmetrical petalling occurs in target plate on the both left and right side. With the change of the impact point position, the tearing degree of stiffener decreases gradually, and the stiffener deforms plastically only. The petals on target plate are no longer symmetrical, and the dynamic response of the left target plate transforms from petalling failure to small break, and only plastic deformation remains at last. The right target plate always produced petalling failure mode, but the number and form of petals always change. The results show that material point method can be applied well, and it can provide some reference data for the future research of ship penetration.
- projectile penetration /
- impact point /
- failure mode /
- material point method

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图 1 靶板结构^[3]

Figure 1. Target plate^[3]

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图 2 弹体结构^[3]

Figure 2. Projectile^[3]

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图 3 失效模型示意图

Figure 3. Sketch of the failure model

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图 4 剩余速度随3种不同冲击速度的变化情况

Figure 4. Variation of residual velocity with three different impact velocities

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图 5 弹着点位于小筋^[3]

Figure 5. Impact point on small stiffener^[3]

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图 6 弹着点位于纵横加筋^[3]

Figure 6. Impact point on cross-stiffener stiffener^[3]

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图 7 弹着点位于小筋

Figure 7. Impact point on small stiffener

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图 8 弹着点位于纵横加筋

Figure 8. Impact point on cross-stiffener stiffener

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图 9 主应力分布图

Figure 9. Principal stress distribution diagram

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图 10 剪切应力分布图

Figure 10. Shear stress distribution diagram

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图 11 弹着点位于小筋

Figure 11. Impact point on small stiffener

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图 12 弹着点位于纵横加筋

Figure 12. Impact point on cross-stiffener stiffener

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图 13 整体布置示意图

Figure 13. Overall layout diagram

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图 14 加强筋毁伤示意图

Figure 14. Stiffener damage diagram

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图 15 靶板整体毁伤示意图

Figure 15. Target damage diagram

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图 16 加强筋毁伤示意图

Figure 16. Stiffener damage diagram

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图 17 靶板整体毁伤示意图

Figure 17. Target damage diagram

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图 18 靶板的毁伤模式示意图

Figure 18. Stiffened target plate failure mode diagram

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图 19 弹着点位置偏移5 mm

Figure 19. The impact point is offset by 5 mm

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图 20 弹着点位置偏移6 mm

Figure 20. The impact point is offset by 6mm

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图 21 弹着点位置偏移7 mm

Figure 21. The impact point is offset by 7 mm

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图 22 弹着点位置偏移8 mm

Figure 22. The impact point is offset by 8 mm

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图 23 弹着点位置偏移9 mm

Figure 23. The impact point is offset by 9 mm

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图 24 弹着点位置偏移10 mm

Figure 24. The impact point is offset by 10 mm

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图 25 弹着点位置偏移11 mm

Figure 25. The impact point is offset by 11 mm

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图 26 弹着点位置偏移12 mm

Figure 26. The impact point is offset by 12 mm

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图 27 弹着点位置偏移13 mm

Figure 27. The impact point is offset by 13 mm

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图 28 弹着点位置偏移14 mm

Figure 28. The impact point is offset by 14 mm

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图 29 弹着点位置偏移5 mm

Figure 29. The impact point is offset by 5 mm

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图 30 弹着点位置偏移6 mm^[2]

Figure 30. The impact point is offset by 6 mm^[2]

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表 1 靶板材料参数数值^[2-3]

Table 1. Material parameters used for target^[2-3]

泊松比	A/MPa	B/MPa	n	C	m	$ \lambda $	s_max/MPa	t_max/MPa
0.35	685	760	0.587	0.015	1.027	1	685	342

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表 2 剩余速度的数值和实验结果

Table 2. Numerical values and experimental results of residual velocity

工况	冲击速度/ （m·s⁻¹）	弹着点位置		实验剩余速度/ （m·s⁻¹）	物质点剩余速度/ （m·s⁻¹）
工况	冲击速度/ （m·s⁻¹）	距大筋/ mm	距小筋/ mm	实验剩余速度/ （m·s⁻¹）	物质点剩余速度/ （m·s⁻¹）
1	617.7	0.0	31.0	574.9	571.7
2	606.5	−	−	583.8	560.1
3	567.7	55.0	52.0	526.8	515.0

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表 3 数值和实验无量纲数结果对比

Table 3. Comparison of numerical and experimental dimensionless number results

工况	无量纲数 $ \dfrac{{{v_r}}}{{{v_i}}} $		误差/%
工况	实验	数值	误差/%
1	0.931	0.926	0.5
2	0.963	0.923	4.2
3	0.928	0.908	2.2

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