弹丸斜侵彻混凝土靶板过载分析

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发布时间：2021-09-10

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弹丸斜侵彻混凝土靶板过载分析
王新刚，曹雄
(中北大学化工与环境学院，山西太原030051)
摘要：为了研究弹丸在倾斜侵彻过程中的特性分析，运用国际通用有限元非线性动力学分析软件LS—DYNA3D，
对弹体在不同入射角倾斜侵彻半无限厚混凝土靶时的全过程进行了对比分析。可得出：随着入射角的增加，弹丸
产生跳弹，侵彻安定性差，弹体达不到侵彻效果、起不到毁伤目标作用，验证了模型分析的正确性。
关键词：斜侵彻；混凝土；LS—DYNA ’
中图分类号：414~．3 文献标识码：A 文章编号：1003—773X(2012)02—0031—03
0 引言
弹丸侵彻是一个十分复杂的固体动力学问题。弹
体高过载侵彻目标物，以达到毁伤特定目标物为目的，
目前国内外研究人员在这方面做了大量的研究，弹体
实际侵彻实验费时、费力、费用高、危险性大。随着计
算机技术的发展，大型有限元分析软件LS—DYNA对
弹体侵彻方面的应用越来越广。而在弹体实际侵彻过
程中，受到自身重量、风速等各种因素的影响，肯定发
生偏设角问题，这就对侵彻目标带来一定意义上的影
响。因此，本文以弹丸带有一定倾角侵彻混凝土靶板
的过载进行分析，达到更好的分析斜侵彻过载机理。
1 理论分析
图1 弹体侵彻示意图
材料本构关系，参见图1、图2。弹体材料采用
*MAT_PLASTIC—KINEMATIC塑性随动模型” ，各向同
性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型，与应
变率相关，可考虑失效。应变率用Cowper-Symonds模
型来考虑，用与应变率有关的因数表示屈服应力，其动
态屈服函数：
= l1+(e／c) l(cr0+ e ) (1)
式中：a0为初始屈服应力；为应变率，G和P应变率
参数；￡为有效塑性应变，为塑性硬化模量，E
由下式给出：．
F
EP= ． (2)
／2,一C tan
混凝土材料采用H—J—C(Johnson—Holmquist—Con．
cret)模型，该模型是一种专门针对混凝土受高冲击
载荷、高应变率、高压效应，同时结合损伤理论考虑了
材料的拉伸脆断行为，而压力是体积应变的函数材料
模型，材料的本构关系方程如下：
r ．， · *
= IA(1一D)+BP I(1+Cln~)． (3)
l l =o／fc
D ：O
《‘
} ～
图2 H-J-C混凝土模型实效面曲线
2 几何模型
通过大型有限元分析ANSYS／LS—DYNA前处理进
行实体建模，前处理包括Preference选项、选择单元类
型和算法、定义材料属性、构建实体模型、有限元网格
划分、创建PART、定义接触面等。加载、求解包括施
加约束、荷载、边界条件、设置求解过程的控制参数、设
置求解时间和时间步长控制、选择约束、输出文件和输
出时间间隔、输出K文件、调用LS—DYNA求解器进行
求解等。为了减小计算量，将弹体及混凝土靶体靠近
弹丸部分的曲线按照10 1Tim大小划分，混凝土边缘的
部分按照lcm间隔；弹体、混凝土靶体都采用三维实体
单元类型Solid164；计算中采用单点积分和沙漏控制，
侵彻体与靶板采用Lagrange算法，网格单元八结点六