防護工程中若干規(guī)律性問題的研究和機理分析.pdf

1、掘開成層式結構是防護工程中常見的結構形式，隨著侵徹能力愈來愈強、爆炸威力愈來愈大的新型鉆地武器不斷出現(xiàn)，研究新型防護結構以提高防護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，采用實驗、試驗、數(shù)值模擬和理論分析相結合的方法，重點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理以及分層結構、含空穴和含空殼結構的削波吸能特性，并給出了新型組裝式復合遮彈層和復合分配層的結構形式。
　　 本文主要研究內容和創(chuàng)新

2、性成果如下：
　　 1)長桿彈侵徹機理的研究
　　 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用有指導意義的規(guī)律性結論并分析了其機理。如：證實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，并指出其機理是三角形截面桿彈的自銳效應以及與此相伴的彈洞及吸能減??；分析總結

3、了不同彈靶強度條件下在不同彈速范圍內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論；建立了侵徹準穩(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系，研究并證實了彈體歸一化侵徹深度與入射速度的關系；在確定的彈體動能條件下，分別給出了一定彈速下達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到最大侵徹深度的桿彈最優(yōu)化彈速；等等。這些結論對彈靶的優(yōu)化設計都有指導意義。
　　 2)混凝土工事抗侵徹性能的研究及新型遮彈層

4、的設計
　　 建立了改進的計及應變率效應的混凝土抗侵徹土盤模型和改進的規(guī)范化算法，避免了計算障礙并提高了計算精度和計算效率；建立了計及材料應變率效應的抗侵徹相似準則，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)值計算結果為基礎，得出了對（不計及材料應變率效應時才成立的）抗侵徹幾何相似律的修正相似律；總結了現(xiàn)階段多孔硬脆性材料SHPB實驗技術及其數(shù)據(jù)處理方法，利用該技術和MTS對不同鋼纖維含量混凝土的動靜態(tài)力學性能進行了實

5、驗研究，得出了材料強度與應變率和鋼纖維含量的關系；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行了室外彈道試驗研究，得出了不同鋼纖維含量下的彈速-剩余彈速關系曲線。最后綜合長桿彈侵徹機理及本章相關研究結論給出了新型組裝式復合遮彈層的結構形式。
　　 3)分層與含空穴結構防護性能的研究及應用
　　 對分層結構中彈性波的傳播以及最優(yōu)削波分層結構的形式進行了理論分析。利用室外大尺度相似化爆試驗研究了分

6、層式分配層結構和含空穴的分配層結構在平面沖擊加載和集團裝藥爆炸條件下的防護性能并進行了相應的數(shù)值計算。結果表明：分層結構由于應力波在層間的多次透反射效應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構強，并以彈性波透反射理論所導出的公式為基礎得出了當多層介質的排列呈現(xiàn)波阻抗強弱交替排列且強弱相差較大時其削波效果更好的結論；含空穴結構分配層由于空穴對波的反射、繞射和屏蔽效應，比普通結構具備更強的削波耗能特性。
　　 4)

7、帶殼空穴結構削波耗能特性的研究及新型分配層的設計
　　 利用LS-DYNA軟件對無殼空穴結構和帶殼空穴結構的削波耗能特性與抗壓垮性能進行了對比研究，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，故帶殼空穴結構比無殼含空穴結構具備更好的防護性能。對含不同幾何參數(shù)和配置的帶殼空穴結構的分配層的削波性能進行了系列的數(shù)值計算研究，得出了若干有工程指導意義的規(guī)律性結論，如：對單層多個水平配置的帶殼空穴結構分配層，其后方的應力時程

8、曲線呈“駝峰狀”，其各次應力峰值隨空穴間距的減小而減小，但當其外表面間距減小至其半徑的一半時其各次峰值應力的最大值將不再有明顯的減小，故從分配層結構同時具有較好的抗壓垮性能考慮，此種間距可認為是一種“最佳間距”；對雙層多個水平配置的帶殼空穴結構分配層，其后方的應力時程曲線也呈“駝峰狀”，其各次應力峰值隨空穴層的層間距的減小而減小，但當其層間距減小到某一定值時其應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