弹丸侵彻混凝土破坏特征的三维数值模拟

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混凝土靶板在弹丸撞击作用下其力学行为是复杂的冲击动力学问题,涉及到混凝土靶板的动态响应及变形破坏的全过程。基于LS-DYNA非线性有限元软件对卵形弹丸侵彻混凝土靶板的过程三维数值模拟,通过与相关文献中弹体侵彻混凝土的试验结果进行比较,验证采用的数值模拟计算模型、网格设置、材料模型和参数等合理性,并在此基础上计算不同厚度、不同弹丸形状下靶板破坏形态。对于卵形弹丸侵彻混凝土而言,靶体失效破坏呈现的三个特征阶段及其细观机理。根据混凝土内部应力时程曲线演化特征,进一步说明了典型位置处细观单元损伤演化特征及其破坏产生的原因和破坏类型。结果表明,弹丸前端混凝土靶体单元发生的是挤压破坏,而靶体底部和侧面“冲剪”区单元发生的是拉伸失效。发生挤压破坏单元的应力时程曲线会呈现出一个共同特征,即在破坏前将突然出现零应力状态,这一点对于判断侵彻过程中的挤压破坏提供一定的判断依据。混凝土单元挤压破坏不断消耗弹丸的能量,使弹丸速度的削减非常明显,弹丸能否穿过靶体主要决定于侵彻深度和靶体背面的层裂,及靶体两侧的“冲剪”破坏,所以判断挤压破坏区对防护工程的设计和军事设施的建设均具有一定的参考价值。平头弹丸侵彻混凝土的破坏模式与卵形弹丸有所不同。数值模拟结果得出靶体损伤破坏的过程,即损伤由侵彻初期的侵彻区局部近区混凝土损伤,随着侵彻深入,弹体前段区域内靶体会发生破坏并扩张至靶板中下段,然后发展到引起底部层裂,最后侵彻局部损伤区与靶板底部崩落破坏区域形成通道的动态过程。
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