弹丸斜侵彻混凝土靶板过载分析.pdf

第 2 期( 总第 1 2 6 期 ) N o 2 ( S U M N o 1 2 6 ) 机 械管 理 开 发 2 0 1 2 年 4月 MANAGEMEN T AND DE VEL 0P ME NT AD r 2 0 1 ： 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0 3 0 0 5 1 ) 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L S D YN A3 D， 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； L S D Y N A 中图分类号： 4 1 4 3 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 3 7 7 3 X( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 3 1 0 3 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 L S D Y N A 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 * MA T _ P L A S T I C K I N E MA T I C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 C o w p e r - S y mo n d s 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： = l 1 + ( e c ) l( c r0 + e ) ( 1 ) 式 中： a 0 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Ct a n 混凝土材料采用 H J C ( J o h n s o n H o l m q u i s t C o n c r e t ) 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 ， * = I A ( 1 一 D ) + B P I( 1 + C ln ) ( 3 ) l l =o f c 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 A N S Y S L S D Y N A前处理进 行实体建模 ， 前处理包括 P r e f e r e n c e 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 P A R T、 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 L S D Y N A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 1 0 1T i m大小划分 ， 混凝土边缘 的 部分按照 l c m间隔 ； 弹体 、 混凝土靶体都采用三维实体 单元类型 S o l i d 1 6 4 ； 计算 中采用单点积分和沙漏控制 ， 侵彻体与靶板采用 L a g r a n g e 算法 ， 网格单元八结点六 收稿 日 期 ： 2 0 1 1 - 1 0 1 8 作者简介： 王新刚( 1 9 8 6 - ) ， 男， 山西太原人， 在读硕士研究生， 从事舍能材料的量化计算， 安全工程技术研究。E - m a i h w x g 3 0 8 6 1 6 3 c o rn 31 r il I iI l；I l L 第2 期 ( 总第 1 2 6 期 ) 机 械管 理 开 发 2 0 1 2 年 4 月 面体。靶板外面上施加全 自由度约束和非反射边界约 束 ， 弹体进行 X 、 y 3 Y向速度加载 。弹丸和混凝 土靶板 之间接触算 法采用面一 面侵蚀 接触模型算法 ： * C O N TACT _S URF ACETO SURF ACE E R O D I N G， 在接触算 法 中添加失效准则 ， 当单元的有效应变达到失效主应 变 和失 效剪切应 变时 ， 单元失效 。计算 时间为 1 3 0 0 s。弹体 、 混凝土靶板网格模型， 见图3 。 f a )弹丸 网格模型 图 3 有限元模 型 3 数值模拟分析 数值模拟弹丸X 、 向采用初始入射速度为 3 0 0 m s ， 混凝土靶板强度为 2 3 MP a 。弹体与混凝土靶板 表面 法线正方 向分别 以人射角为 1 5。 、 4 5。 、 6 0。 、 7 5。 侵彻 靶板 。以下模拟 图时 间单位为 s ， 位移 、 速度随时间 变化曲线为ms 。 由图4 、 弹体位移 曲线 和图5 、 弹丸速度随时间衰 减 曲线可以看出 ： 弹丸初始入射速度一定时 ， 由位移随 时间变化曲线可以看出， 随着人射角的增加 ， 弹丸对应 的纵 向位移减小 ， 横 向位移增大 ； 由速度随时间衰减曲 线可以看 出， 入射角越小 ， 弹丸在跳飞的过程中 ， 通过 机械功消耗的动能越大， 因此弹丸的剩余速度较小。 5 t i j 2 2 5 J 5 L 一 一一 ( a ) 弹丸 向位移对 比曲线 ( b ) 弹丸 向位移对 比曲线 图 4 弹体位移曲线 O 2 00 4 00 6 00 80 0 1 oo O 1 20 0 1 4 0 0 6O O t i ps 图5弹丸速度随时间衰减 曲线 当弹丸高速侵彻靶板 的过程 中， 弹丸处于高过载 载荷 的环境中 ， 载荷是 以应力波的形式施加在弹体上 ， 3 2 弹体 中存在 弹性波 和塑性波两种应力波 ， 其中塑性波 的幅值比弹性波高。塑性波幅值越高， 对弹丸的损伤 大。从图( 6 ) 中可看出 ， 在弹体入射角未达到跳弹范围 内， 入射角越小 ， 应力波波幅匀称 ， 塑性波幅值高， 弹丸 受到冲击损伤较大。在人射角7 5 。 时， 弹丸产生跳弹 现象 ， 应力波波幅起伏较大。 T i me ( E 3 ) ( a )1 5。 弹体 时间应 力曲线 I m 。 JtlI | In I 1 一 。 _ 一一- T i me ( E + 3 ) ( b 1b 4 5。 弹体时间应力 曲线 El e me n o A8 1 8l 一 h， ( c )7 5。 弹体 时间应力 曲线 图 6 弹体时间一 应 力曲线 4总结 弹体倾斜侵彻过程是个 十分复杂 的问题 ， 本文在 利用大型有限元分析软件 L S D Y N A 3 D 分析了弹丸在 倾斜侵彻过程中的位移 、 弹体随时间衰减曲线 、 弹体加 速度过载 曲线 、 应力时间曲线 ， 得出结论 ： 1 ) 弹体侵彻 符合文献 3 】 侵彻过程的四个 阶段 。第一阶段 ： 只有部 分弹头部侵入靶体 ； 第二阶段 ： 弹头部部分和弹杆部分 ( 下转第3 7 页) O O O O O O ( I l 。 0 I p 嚣 盖 第2 期( 总第1 2 6 期) 张娜 ， 等： 膜法脱硝结晶器的设计优化 2 0 1 2 年4月 应提高了晶体成长率， 提高了颗粒的平均粒度。实践 证明， 此种结晶器结构简单、 设计巧妙 ， 能实现芒硝与 母液的完全分离。 参考文献 1 】 丁绪淮 ， 谭道工业结晶 M】 北京 ： 化学工业 出版社 ， 1 9 8 5 【 2 】 张爱群， 杨立斌 ， 沙作 良， 等过饱和度对芒硝结晶过程影 4 】 【 5 】 响分析 J 】 盐业与化工， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 3 ) ： 5 1 - 5 3 A D Ra n d o l p h M A L a r s o n T h e o r y o f P a r t i c u l a t e P r o c e s s e s 【 M N e w Y o r k A A c a d e m i c P r e s s ， 1 9 7 1 傅厚堂 关于盐硝联产引进工程的认识和探讨 J 】 中国井 矿盐 ， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 1 ) ： 5 1 2 王云生 ， 沙作良， 曾向东悬浮状态下氯化钠晶体二次成 核过程研究 J 盐业 与化工 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 1 ) ： 7 - 1 0 De s i g n Op t i mi z a t i o n 0 f Ch i l l e r c r y s t a l l i z e r 0 f M i r a b i l i t e ZHANG Na LI W e n - b i n ( 1 Co l l e g e o f Me c h a n i c a l En g i n e e rin g ， Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a ； 2 Ch l o r - a l k ali P l a n t ， S h a n d o n g Al u mi n u m C o ， L t d ， Z i b o 2 5 5 0 5 2 ， C h i n 4 ) Ab s t r a c t ： Ke y p o i n t s i n t h e d e s i g n f o r t h e p r o c e s s o f f r e e z i n g c r y s t a l l i z a t i o n we r e d i s c u s s e d b y a n a l y z i n g i h fl u e n c i n g f a c t o r s T h e r e l a t i o n s h i p s b e t we e n t h e d e g r e e o f s u p e r - s a t u r a t i o n i n t h e p r o c e s s o f s o d i u m s u l f a t e d o c a h y d r a t e c rys t a l l i z a t i o n t e mp e r a t u r e we r e a n aly z e d Me t h o d t h a t t h r o u 【s h c o n t r o l l i n g c i r c u l a t i o n r a t e o f mo t h e r l i q u i d t o c o n t rol t h e s u p e r s a t u r a t i o n s o a s t o a v o i d p ri ma r y n u c l e a t i o n wa s s t u d i e d I n t e r h a l s t r u c t u r e o f c h i l l e r - c rys t all i z e r w a s i mp rov e d s o t h a t c rys t al n u c l e u s c o u l d mi x wi t h s u p e r - s a t u r a t i o n s o l u t i o n c o mp l e t e l y a n d fi n a l l y a c h i e v e t h e p u r p o s e o f p romo t i n g g r o wt h o f c r y s t a 1 Me a n wh i l e fin e c rys t al d i s c h a r g e d e v i c e wa s a d d e d t o i n c r e a s e c rys t al gro w t h r a t e s o a s t o r e a c h t h e a i m o f i mp r o v i n g c r y s t all i n e q u a l i t y Ke y wo r d s ： me mb r a n e r e v e r s e o s mo s i s ； c rys t all i z e r ； d e s i g n ； mi r a b i l i t e ( 上接 第 3 2页) 侵入靶体 ； 第三阶段： 弹头部完全侵入靶体 ， 部分弹杆 部侵人 ； 第四阶段 ： 弹体从靶体 中跳出 ， 形成跳弹现象 ( 7 5。 时 ) 。2 )当倾斜角度越 大 ， 弹丸受到 的冲击损伤 也越小 ， 弹体达不到损伤特定 目标的 目的， 且弹体产生 跳弹现象 ， 侵彻过程中弹体飞弹时对其它方面产生 的 不安全因素也越大。 参考文献 2 2 【 3 】 L i v e r mo r e ： L S T C 2 0 0 6 ： 1 0 6 7 -1 O 6 9 Ho l n q u i s t T J，J o h n s o n G RA C o mp u t a t i o n a l C o n s t i t u t i v e Mo d e l for C o n c r e t e S u b j e c t e d t o L a r g e S t r a i n s ，Hi g h S t r a i n R a t e a n d H i g h P r e s s u r e A 1 4 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n B a l l i s t i c s C Q u e b e c C i t y 。 C a n a d a 1 9 9 3 ： 5 9 1 6 0 0 朱光辉 动能弹斜侵彻混凝土靶跳弹规律分析 D 】 南京 ： 南 京 理工大学硕士研 究生论文 ， 2 0 0 7 ： 1 7 0 【 1 】 L S T C L s - d y n a K e y w o r d U s e r s Ma n u al， V e rs i o n 9 7 1 ： N o n l i n e a r d y n a m i c a n a l y s i s o f S t ruc t u r e s i n t h r e e d i m e n s i o n M An a l y s i s 0 f P r o j e c t i l e Ob l i q u e P e n e t r a t i o n Co n c r e t e T a r g e t P l a t e Ov e r l o a d W ANG Xi n - g a n g CAO Xi o n g ， ( C o l l e g e o f C h e mi c al E n g i n e e ri n g a n d E n v i r o n me n t o f N o r t h U n i v e r s i t y o f C h i n a ， T a i y u a n 0 3 0 0 5 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e p r o c e s s o f p r o j e c t i l e p e n e t r a t i o n i n t h e t i l t f e a t u r e a n a l y s i s ， t h e u s e o f i n t e r n a t i o n a l n o n - l i n e a r d y n a m i c s fi n i t e c l e m e n t a n a l y s i s s o f t w a r e L S - D Y N A 3 D ， o n t h e t i l t a n g l e o f p r o j e c t i l e p e n e t r a t i o n i n d i f f e r e n t s e m i i n fi n i t e c o n c r e t e t a r g e t d u ri n g t h e w h o l e p r o c e s s o f t h e c o mp ara t i v e a n a l y s i s I t c a n b e d r a w n ： w i t h t h e a n g l e o f i n c i d e n c e i n c r e a s e s ， t h e p r o j e c t i l e p r o d u c e s ri c o c h e t ， s t a b i l i t y i s p o o r p e n e t r a t i o n ， p r o j e c t i l e s r e a c h t h e p e n e t r a t i o n e f f e c t ， t h e d a ma g e w o u l d n o t a c h i e v e t h e t a r g e t e f f e c t ， v e ri f y t h e c o r r e c t n e s s o f t h e mo d e l a na l y s i s Ke y wo r d s ： o b l i q u e p e n e t r a t i o n ； c o n c r e t e ； L S DYNA ( 上接 第 3 4页) 某 型额定 电流2 3 1 0 A的发电机 ， 在磁路不对称时 的定子支路环流值达到 2 0 A多 。由此可见 ， 该型发 电 机的环流值是很小的。 2 ) 该发电机温升值为 8 l K， 满足不大于 1 0 0 K的 技术要求。 4结论 在某型发电机设计过程 中， 通过对定子绕组并联 支路的环流 的产生 的原因进行分析 ， 并有针对性地采 取措施 ， 降低了环流的大小 ， 试验结果表明 ， 该设计是 成 功 的 。 参考文献 【 1 李和明， 万书亭， 李永刚 基于定子绕组并联支路环流特性 的发电机故 障识别方法f J 1 电力系统 自动化 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 6 ) ： 7 5 7 8 2 许实章 电机学 M】 北京 ： 机械工业出版社， 1 9 8 1 An a l y s i s o n t h e Ci r c l e Cu r r e n t 0 f S v n c h r 0 n 0 u s Ge n e r a t o r M ENG Yo ng qi ( D e p a rt m e n t o f N a v al E q u i p m e n t ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e ma i n r e a s o n s t h a t t h e c i r c l e c u r r e n t o f l o w v o l t a g e - h i g h p o we r s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r we r e a n a l y z e d T h e me a s u r e w a s t a k e n t o r e d u c e c i r c l e c u r r e n t i n d e s i g n p r o c e s s B a s e d o n t h e t e s t o f t e mp e r a t u r e r i s e ， t h e s o l u t i o n wa s p r e s e n t e d Ke y wo r d s ： l o w v o l t a g e -h i g h p o we r g e n e r a t o r ； c i r c l e c u r r e n t ； a n aly s i s 3 7