鋼管約束混凝土抗侵徹性能與機(jī)理研究.pdf

1、混凝土在遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。約束混凝土在抗彈方面比普通混凝土具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)現(xiàn)有約束混凝土抗侵徹研究的嚴(yán)重不足，開展鋼管約束混凝土抗侵徹性能和機(jī)理研究，包括侵徹試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析。本文的研究為遮彈層和防護(hù)墻等防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和軍事意義。本文主要工作如下：
　　1、進(jìn)行了12.7mm硬芯槍彈打擊鋼管約束混凝土靶的侵徹試驗(yàn)，研究了彈著點(diǎn)偏心、撞擊速度、鋼管直徑和壁厚對(duì)靶

2、體抗侵徹性能的影響以及鋼管約束混凝土靶的抗多發(fā)打擊性能。結(jié)果表明：彈丸侵徹下靶體迎彈面混凝土表現(xiàn)出裂紋-粉碎響應(yīng)模式；彈丸偏心會(huì)導(dǎo)致侵深小幅度增加，偏心較大時(shí)鋼管易產(chǎn)生鼓曲和撕裂等現(xiàn)象；撞擊速度越大，侵深增加的越明顯；鋼管直徑越小、壁厚越大，靶體的抗侵徹能力越強(qiáng)，但壁厚太小靶體易發(fā)生無(wú)效防護(hù)，壁厚過(guò)厚侵深減小不明顯，經(jīng)濟(jì)性差；對(duì)于本文試驗(yàn)用鋼管約束混凝土靶，單發(fā)侵深較半無(wú)限靶可減小20％；小直徑鋼管約束混凝土靶能有效抵抗3發(fā)打擊，在最終

3、侵深和靶體損傷等方面都優(yōu)于半無(wú)限靶。
　　2、在侵徹試驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用 ANSYS/LS-DYNA開展了鋼管約束混凝土靶抗侵徹機(jī)理的數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：隨著彈丸的侵入，靶體混凝土損傷大致可分為形成漏斗坑階段和隧道區(qū)侵徹階段；混凝土應(yīng)力區(qū)域的擴(kuò)展在侵徹初期同半無(wú)限靶，呈半球形向下擴(kuò)展，后來(lái)由于鋼管的約束作用逐漸形成近似平面波向下擴(kuò)展；鋼管壁單元環(huán)向應(yīng)力遠(yuǎn)大于徑向應(yīng)力，鋼管應(yīng)力響應(yīng)與混凝土基本同步，對(duì)于給定截面，當(dāng)彈丸侵徹到該截面位

4、置時(shí)鋼管約束作用最大；對(duì)本文試驗(yàn)所用彈丸和速度（820m/s左右），當(dāng)靶徑/彈徑比大于31.9時(shí)，靶體可以作為半無(wú)限靶看待。
　　3、針對(duì)現(xiàn)有剛性彈侵徹半無(wú)限混凝土靶侵深公式對(duì)鋼管約束混凝土靶的不適用性，基于 Forrestal侵深模型，結(jié)合硬芯槍彈侵徹鋼管約束混凝土靶的特點(diǎn)，建立了與鋼管約束剛度相關(guān)的侵深預(yù)測(cè)公式，與本文試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果比較表明：所建立的侵深公式能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鋼管約束混凝土靶抗硬芯槍彈單發(fā)和多發(fā)打擊侵深。