防護(hù)工程中若干規(guī)律性問題的研究和機(jī)理分析.pdf

1、掘開成層式結(jié)構(gòu)是防護(hù)工程中常見的結(jié)構(gòu)形式，隨著侵徹能力愈來愈強(qiáng)、爆炸威力愈來愈大的新型鉆地武器不斷出現(xiàn)，研究新型防護(hù)結(jié)構(gòu)以提高防護(hù)工程的抗侵徹能力和抗爆炸性能顯得愈加重要和急迫。圍繞這一主題，采用實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究了長桿彈垂直侵徹半無限厚靶板特別是混凝土靶板的侵徹機(jī)理以及分層結(jié)構(gòu)、含空穴和含空殼結(jié)構(gòu)的削波吸能特性，并給出了新型組裝式復(fù)合遮彈層和復(fù)合分配層的結(jié)構(gòu)形式。
　　 本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新

2、性成果如下：
　　 1)長桿彈侵徹機(jī)理的研究
　　 對長桿彈垂直侵徹半無限厚靶板的問題，就一些主要因素（桿截面形狀、頭部形狀、桿長徑比、彈靶密度比、入射速度、彈體與靶板的材料強(qiáng)度等）對其歸一化侵徹深度的影響趨勢開展了系統(tǒng)的研究，得出了一系列對工程應(yīng)用有指導(dǎo)意義的規(guī)律性結(jié)論并分析了其機(jī)理。如：證實(shí)了三角形截面彈的侵徹能力明顯高于圓截面彈的侵徹能力，并指出其機(jī)理是三角形截面桿彈的自銳效應(yīng)以及與此相伴的彈洞及吸能減??；分析總結(jié)

3、了不同彈靶強(qiáng)度條件下在不同彈速范圍內(nèi)彈頭形狀對歸一化侵徹深度的影響規(guī)律并得出了一些新的結(jié)論；建立了侵徹準(zhǔn)穩(wěn)定階段中彈體速度與入射速度、彈體速度與侵徹速度的關(guān)系，研究并證實(shí)了彈體歸一化侵徹深度與入射速度的關(guān)系；在確定的彈體動(dòng)能條件下，分別給出了一定彈速下達(dá)到最大侵徹深度的桿彈最優(yōu)化長徑比和一定長徑比條件下達(dá)到最大侵徹深度的桿彈最優(yōu)化彈速；等等。這些結(jié)論對彈靶的優(yōu)化設(shè)計(jì)都有指導(dǎo)意義。
　　 2)混凝土工事抗侵徹性能的研究及新型遮彈層

4、的設(shè)計(jì)
　　 建立了改進(jìn)的計(jì)及應(yīng)變率效應(yīng)的混凝土抗侵徹土盤模型和改進(jìn)的規(guī)范化算法，避免了計(jì)算障礙并提高了計(jì)算精度和計(jì)算效率；建立了計(jì)及材料應(yīng)變率效應(yīng)的抗侵徹相似準(zhǔn)則，并以所提出新工程算法對大縮尺比混凝土抗侵徹問題系列數(shù)值計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，得出了對（不計(jì)及材料應(yīng)變率效應(yīng)時(shí)才成立的）抗侵徹幾何相似律的修正相似律；總結(jié)了現(xiàn)階段多孔硬脆性材料SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其數(shù)據(jù)處理方法，利用該技術(shù)和MTS對不同鋼纖維含量混凝土的動(dòng)靜態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)

5、驗(yàn)研究，得出了材料強(qiáng)度與應(yīng)變率和鋼纖維含量的關(guān)系；對不同鋼纖維含量混凝土的抗侵徹性能及雙層鋼纖維混凝土靶板的抗侵徹性能進(jìn)行了室外彈道試驗(yàn)研究，得出了不同鋼纖維含量下的彈速-剩余彈速關(guān)系曲線。最后綜合長桿彈侵徹機(jī)理及本章相關(guān)研究結(jié)論給出了新型組裝式復(fù)合遮彈層的結(jié)構(gòu)形式。
　　 3)分層與含空穴結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的研究及應(yīng)用
　　 對分層結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播以及最優(yōu)削波分層結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行了理論分析。利用室外大尺度相似化爆試驗(yàn)研究了分

6、層式分配層結(jié)構(gòu)和含空穴的分配層結(jié)構(gòu)在平面沖擊加載和集團(tuán)裝藥爆炸條件下的防護(hù)性能并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明：分層結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力波在層間的多次透反射效應(yīng)從而具有較好的阻尼耗能作用，其削波耗能性能比同厚度單層結(jié)構(gòu)強(qiáng)，并以彈性波透反射理論所導(dǎo)出的公式為基礎(chǔ)得出了當(dāng)多層介質(zhì)的排列呈現(xiàn)波阻抗強(qiáng)弱交替排列且強(qiáng)弱相差較大時(shí)其削波效果更好的結(jié)論；含空穴結(jié)構(gòu)分配層由于空穴對波的反射、繞射和屏蔽效應(yīng)，比普通結(jié)構(gòu)具備更強(qiáng)的削波耗能特性。
　　 4)

7、帶殼空穴結(jié)構(gòu)削波耗能特性的研究及新型分配層的設(shè)計(jì)
　　 利用LS-DYNA軟件對無殼空穴結(jié)構(gòu)和帶殼空穴結(jié)構(gòu)的削波耗能特性與抗壓垮性能進(jìn)行了對比研究，研究發(fā)現(xiàn)二者的削波耗能效果接近但后者有更好的抗壓垮能力，故帶殼空穴結(jié)構(gòu)比無殼含空穴結(jié)構(gòu)具備更好的防護(hù)性能。對含不同幾何參數(shù)和配置的帶殼空穴結(jié)構(gòu)的分配層的削波性能進(jìn)行了系列的數(shù)值計(jì)算研究，得出了若干有工程指導(dǎo)意義的規(guī)律性結(jié)論，如：對單層多個(gè)水平配置的帶殼空穴結(jié)構(gòu)分配層，其后方的應(yīng)力時(shí)程

8、曲線呈“駝峰狀”，其各次應(yīng)力峰值隨空穴間距的減小而減小，但當(dāng)其外表面間距減小至其半徑的一半時(shí)其各次峰值應(yīng)力的最大值將不再有明顯的減小，故從分配層結(jié)構(gòu)同時(shí)具有較好的抗壓垮性能考慮，此種間距可認(rèn)為是一種“最佳間距”；對雙層多個(gè)水平配置的帶殼空穴結(jié)構(gòu)分配層，其后方的應(yīng)力時(shí)程曲線也呈“駝峰狀”，其各次應(yīng)力峰值隨空穴層的層間距的減小而減小，但當(dāng)其層間距減小到某一定值時(shí)其應(yīng)力峰值將不再隨層間距的減小而明顯的減小，故從綜合考慮分配層的削波耗能效果和抗