低速大质量球头弹冲击下薄板塑性动力响应分析

为研究半穿甲导弹冲击下舷侧结构抗侵彻性能及机理,探讨舷侧抗半穿甲导弹侵彻结构设计,假设低速大质量球头弹冲击下薄板的穿甲破坏可分为隆起变形、碟形变形和弹体贯穿3个阶段,采用理想刚-塑性材料本构模型,同时考虑剪切、弯曲及薄膜拉伸对薄板变形和失效的作用,分析了薄板在冲击过程中的塑性动力响应及三个阶段中的变形吸能,并采用材料有效塑性应变失效准则分析了薄板的穿甲破坏准则,得到了弹体穿甲后的剩余动能和速度、薄板的弹道极限速度以及薄板的最大塑性变形。模型计算结果与实验结果及有限元分析结果吻合良好。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究,采用MSC.Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析,并将分析结果与实验结果进行了比较.分析结果表明,破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段.有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性,在靶板破口的正面,与弹体平面凸缘两端接触的部分,变形以剪切为主,而与切削面接触的部分,以挤压变形为主;靶板破口背面为剪切冲塞破坏;有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好,弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化.有限元分析结果还表明,采用适当的模型,有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式.     

钢管钢纤维高强混凝土遮弹层抗侵彻数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢纤维体积分数为0,0.5%,1.0%,钢管壁厚度为4,7.5 mm的钢管钢纤维高强混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟研究,引入JHC模型来描述钢纤维高强混凝土在高速、高压环境下的非线性变形和破坏情况。通过分析距离中心侵彻位置不同节点的位移变化曲线,研究了钢管分隔作用对遮弹层抗侵彻的影响,并与现场试验结果进行对比,吻合较好。同时,研究了钢纤维体积分数及钢管壁厚度对遮弹层抗侵彻的影响,结果表明:钢纤维的掺入减轻了弹体的破坏效应、限制了侵彻深度;钢管壁厚度的增加使其更好地发挥了自身的套箍及吸能作用,提高了遮弹层整体的抗侵彻能力。     

高速杆式弹侵彻下蓄液结构耗能机理数值分析

为探讨蓄液结构的耗能机理,采用瞬态非线性有限元,揭示了杆式弹侵彻下蓄液结构的破坏过程和模式,研究了其能量耗散机制,并对比分析了有无液体时蓄液结构前后面板不同厚度配比下的弹道极限速度。结果表明:弹体侵入蓄液结构后,其冲击动能主要转化为液体的动能;弹体射出后,液体通过空泡膨胀挤压蓄液结构变形的方式,将其动能再逐步转化为结构的变形能。固定蓄液结构前后面板总厚度8mm不变,未蓄液下其弹道极限速度随前后面板厚度比的增大呈先增加后降低的趋势,在前后面板厚度配比为4/4时抗侵彻能力最强;蓄液时其弹道极限度随前后面板厚度比的增加而不断降低,在厚度配比为1/7时抗侵彻能力最强。     

靶体表面破碎对侵彻深度的影响

本文从弹体侵彻现象着手,根据Ｇｒａｄｙ的能量断裂破碎观点分析靶体表面破碎所造成的弹体侵入能量损失,按能量守恒原理计算弹体经过第一部分弹抗后的剩余速度,然后根据型型空腔理论计算弹体在靶体介质中的侵入深度,并分析靶体表面破碎弹坑对弹体整个侵彻深度的影响。     

横向运动板对长杆弹侵彻的偏转作用

弹体的攻角直接影响其侵彻能力,而横向运动板能使弹体发生偏转改变攻角,间接影响弹体的侵彻能力。在一定条件下,推导长杆弹在单层横向运动板作用下的偏转模型,并利用有限元仿真软件ANSYS／LS-rDYNA对长杆弹侵彻横向运动板的过程进行数值模拟。通过对偏转模型及仿真结果的分析,发现两者较为相符。研究结果显示：长杆弹侵彻横向运动板时,弹体会发生偏转,偏转的角速度先增后减,最后为0rad／s,此时偏转角最大;弹体速度方向也会发生偏转,其最终偏转角与弹体轴线的偏转角接近。     

半穿甲战斗部侵彻运动加筋板数值模拟

为了研究加筋靶板的运动对半穿甲战斗部侵彻性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对截卵形半穿甲战斗部侵彻运动加筋靶板全过程进行了数值模拟,分析了在不同弹着点处加筋靶板的运动对弹体偏转、弹体剩余动能以及弹体过载的影响。研究结果表明:弹体侵彻运动加筋靶板时发生明显偏转,侵彻性能降低,加速度变化曲线出现新的峰值且该峰值随着靶板速度增大而增大。同时,不同弹着点处弹体偏转角的变化过程,加速度变化规律与峰值大小以及靶板抗弹性能都有显著区别。     

弹引系统攻角侵彻混凝土仿真与试验研究

利用弹体非正侵彻的计算模型对弹体非正侵彻过程中弹头表面阻力进行了分析,提出了弹目非正侵彻控制方程.利用有限元分析软件LS-DYNA对弹引系统在不同攻角下侵彻混凝土靶板时的轴向过载、横向过载、横向偏移以及弹体姿态角等的变化进行了仿真分析,得出了弹体横向过载与姿态角的对应关系.实弹试验结果与理论计算及数值仿真结果吻合较好....     

球头弹低速斜侵彻下靶板穿甲破坏机理

为探讨球头弹低速斜侵彻下靶板的破坏机理,通过系列弹道试验,对比分析不同初始速度下弹体的变形、靶板的破坏模式以及靶板的破口大小和形状;同时采用ANSYS/LS-DYNA对弹靶作用过程进行数值模拟。结果表明:低速斜侵彻下靶板响应非完全对称,根据受力特征可将靶板划分为四个不同区域,即接触区、弯曲区、拉伸区、对称区;薄板的穿甲破坏可分为四个不同的阶段,即隆起变形、碟形变形、弯曲变形、弹体贯穿阶段;不同初始速度下靶板出现四种典型的穿甲破坏模式,随着初始速度的增加依次为隆起—碟形变形、隆起—碟形变形—拉弯撕裂破坏、隆起—碟形变形—拉弯剪切破坏、隆起—拉弯剪切破坏。斜侵彻下靶板破口形状为椭圆形,随着初始速度的增加,破口长径不断减小,形状由椭圆形向卵形过渡。     

高速杆式弹侵彻下蓄水结构防护效能数值分析

为探讨蓄水结构抗侵彻防护效能,采用动态非线性有限元,结合箱型蓄水结构弹道冲击试验,分析了蓄水结构在高速杆式弹侵彻下的防护效能及水介质对结构吸能性能的影响,并将有限元结果与试验结果进行了比较,两者吻合良好。比较结果表明:水介质的抗侵彻吸能能力随弹体初速v0的增加而迅速增强;当v01 500m/s时,其防护效能高于同等重量的船用钢。     

横向运动板对长杆弹变形及运动影响的数值研究

利用Ls—DYNA软件对钨合金长杆弹垂直侵彻单层和双层横向运动钢板进行了数值计算。通过分析长杆弹的塑性变形、速度降、动能降和横向速度，得到了单层和双层板横向运动速度与影响长杆弹侵彻能力因素的关系。仿真结果表明：随着运动板速度的增加，运动板对长杆弹的侵蚀加剧，长杆弹的速度降、动能降增大；运动板相同速度下，虽然单层板的冲击能使长杆弹获得较大横向速度，但双层板比单层板对长杆弹的干扰效果更明显。     

球形头部弹丸侵彻运动靶板的数值模拟

为研究球形头部弹丸高速侵彻运动靶板的侵彻规律,运用LS-DYNA动力分析软件仿真研究了不同条件下球形头部弹丸对靶板的正侵彻效应,获得了运动靶板厚度、材料和弹丸着速3种参数对侵彻过程中弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的响应规律。结果表明,随着着速的提高,弹丸翻转幅度和弹道偏移量逐渐减小;随着靶板厚度的增加,弹丸正向翻转角度和轴向剩余速度显著减小,而弹道偏移量增大;3种材料运动靶板中,4340钢靶对弹丸弹道偏移、翻转角度和剩余速度的影响最大,Weldox460钢次之,LY12铝最小。     

不同截面形状复合长杆弹对陶瓷复合靶板侵彻研究

采用数值模拟技术研究了由3种不同截面形状的钨芯外包覆一层钢,形成的钢包覆层复合长杆弹在入射速度为1200m/s～1700m/s时对陶瓷/金属复合靶板的侵彻过程。结果表明:对于同一入射速度、相同弹体长度、同种材料的弹芯和包覆层以及靶板材料而言,等面积的六边形截面钨芯复合长杆弹的侵彻深度明显大于圆形及方形截面,方形及六边形截面与和它们等外接圆形成的圆形截面复合长杆弹侵彻深度没有明显差别,本研究认为这是与不同截面钨芯的外接圆直径直接相关。六边形截面长杆弹侵彻过程中的自锐化现象是其侵彻深度明显大于其它两种弹体的主要原因。     

圆形减压环力学试验与壁厚对其耗能性能的影响

圆形减压环主要由钢管、铝管套筒和钢丝绳组成,由于其耗能特性强,因此在被动防护系统中得到了广泛应用。在边坡防护工程中,将钢丝绳一端固定,另一端连接在防护阻挡结构上,通过钢管与铝管套筒的摩擦和钢管的大变形来散耗冲击动能。首先分析了圆形减压环的工作原理,并对其力学性能进行了拟静力试验,再利用ANSYS/LS-DYNA软件,研究了圆形减压环在荷载作用下,不同钢管壁厚对其耗能性能的影响。结果表明：随着钢管壁厚的增加,圆形减压环的启动荷载也随之增大;在低速荷载作用下,钢管壁厚对圆形减压环的耗能性能影响较弱,但是随着加载速度的提高,钢管壁厚对其耗能性能的影响明显增加,耗能总量上升明显。     

基于FEM/SPH算法的弹丸侵彻土体数值模拟

基于有限元法(FEM)和光滑粒子流体动力学(SPH)结合的算法,用数值模拟了钢质弹丸对钢筒约束土体的侵彻过程。基于ANSYS/LS-DYNA显式动力分析和LS-PrePost后处理软件,形象再现了钢质弹丸冲击作用下土体飞溅形成漏斗坑和直线通道的物理过程。侵彻深度计算结果与实验数据吻合较好,钢质弹丸的速度和加速度时程曲线图与理论分析一致,体现了FEM/SPH算法的精确性。研究结果表明FEM/SPH算法在模拟侵彻土体方面具有可行性和有效性。     

横向效应增强型弹垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论分析

为了得到横向效应增强型弹（Penetration with Enhanced Lateral Efficiency projectile, PELE）对金属薄靶垂直侵彻后的弹体轴向剩余速度，运用平面冲击波理论，对PELE的侵彻机理进行分析。参照平头弹体对靶板的侵彻模型，将PELE侵彻过程中的能量损失划分为以下几个部分：外壳体和内芯撞靶区域对应的环形塞块获得的能量、冲击波作用下弹体的内能增量以及剪切耗能等。然后根据能量守恒原理，得到PELE垂直侵彻金属薄靶后的PELE弹体轴向剩余速度的理论模型。为了验证该模型的合理性和准确性，设计相应的试验进行验证。结果表明，不同条件下得到的试验结果和理论模型得到的计算结果均吻合得较好。因此，得到的PELE垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论模型可为工程应用提供指导和参考。     

Development of cost effective personnel armour through structural hybridization

The objective of the present study is to develop cost effective thermoplastic hybrid laminate using Dyneema® HB50 and Tensylon®HSBD 30A through structural hybridization method. Laminates having 20 mm thickness were fabricated and subjected to 7.62 × 39 mm mild steel core projectile with an impact velocity of 730 ± 10 ms⁻¹. Parameters such as energy absorption, back face deformation and rate of back face deformation were measured as a function of hybridization ratio. It was observed that hybrid laminate with 50:50 ratio (w/w) of Tensylon® and Dyneema® with Tensylon® as front face showed 200% more energy absorption when compared to 100% Tensylon® laminate and showed equal energy absorption as that of expensive 100% Dyneema® laminate. Moreover, hybrid laminate with TD50:50 ratio showed 40% lower in terms of final back face deformation than Dyneema® laminate. Rate of back face deformation was also found to be slow for hybrid laminate as compared to Dyneema® laminate. Dynamic mechanical analysis showed that, Tensylon® laminate has got higher stiffness and lower damping factor than Dyneema® and hybrid laminates. The interface between Tensylon® and Dyneema® layers was found to be separating during the penetration process due to the poor interfacial bonding. Failure behaviour of laminates for different hybridization ratios were studied by sectioning the impacted laminates. It was observed that, the Tensylon® laminate has undergone shear cutting of fibers as major failure mode whereas the hybrid laminate showed shear cutting followed by tensile stretching, fiber pull out and delamination. These inputs are highly useful for body armour applications to design cost effective armour with enhanced performance.     

Damage modeling of ballistic penetration and impact behavior of concrete panel under low and high velocities

This work presents a numerical simulation of ballistic penetration and high velocity impact behavior of plain and reinforced concrete panels. This paper is divided into two parts. The first part consists of numerical modeling of reinforced concrete panel penetrated with a spherical projectile using concrete damage plasticity (CDP) model, while the second part focuses on the comparison of CDP model and Johnson-Holmquist-2 (JH-2) damage model and their ability to describe the behavior of concrete panel under impact loads. The first and second concrete panels have dimensions of 1500 mm × 1500 mm × 150 mm and 675 mm × 675 mm × 200 mm, respectively, and are meshed using 8-node hexahedron solid elements. The impact object used in the first part is a spherical projectile of 150 mm diameter, while in the second part steel projectile of a length of 152 mm is modeled as rigid element. Failure and scabbing characteristics are studied in the first part. In the second part, the com-parison results are presented as damage contours, kinetic energy of projectile and internal energy of the concrete. The results revealed a severe fracture of the panel and high kinetic energy of the projectile using CDP model comparing to the JH-2 model. In addition, the internal energy of concrete using CDP model was found to be less comparing to the JH-2 model.