侵彻和爆炸下超高性能水泥基复合材料的毁伤效应及数值模拟

摘要

随着钻地武器的不断发展和性能提升，防护工程材料也有着巨大的改进需求，对于防护工程材料而言，如何更好地抵抗侵彻、爆炸等毁伤行为是当下的热门研究方向。本论文研究并制备了不同配比、不同增强方式的超高性能水泥基复合材料靶体，对其进行多次侵彻实验和侵爆耦合的实验，并将实验的情况进行计算机数值模拟，取得了以下研究成果。　　通过对超高性能水泥基复合材料的研究，设计了五种材料配比并将其制备成实弹侵彻用靶体，分别是由普通混凝土，刚玉骨料增强的、纤维增强的、纤维和刚玉骨料共同增强的超高性能水泥基复合材料制成。在多次侵彻实验中，记录并分析了靶体的破坏形态，对侵彻深度、开坑面积进行了测量，基于这些参数对不同靶体进行了抗侵彻性能比较，分析了不同靶体抗侵彻性能的异同。　　在多次侵彻实验的基础上，运用ANSYS-AUTODYN软件进行了多次侵彻数值模拟，将模拟破坏形态、侵彻深度、损伤情况和压力时程曲线在不同靶体间进行比较，并将这些模拟结果同实验结果进行对照分析，得出了多次侵彻下超高性能水泥基复合材料的损伤破坏规律。　　在多次侵彻实验结果的基础上，优化靶体材料配比，制备了骨料靶和纤维靶两种超高性能水泥基复合材料靶体，并进行侵爆耦合的实验。采用先侵彻后爆炸和先爆炸后侵彻两种毁伤类型，对两类靶体的毁伤行为进行了分析和比较，得出了超高性能水泥基复合材料侵爆耦合作用下的毁伤规律。　　运用ANSYS-AUTODYN软件对超高性能水泥基复合材料侵爆耦合破坏进行数值模拟，对破坏形态、毁伤深度、开坑大小、压力时程曲线等物理量进行了研究，揭示了侵爆耦合下超高性能水泥基复合材料靶体损伤破坏全过程。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2超高性能水泥基复合材料概述

1．3水泥基材料抗侵彻和抗爆炸概述

1．4本文主要的研究内容

2超高性能水泥基复合材料多次侵彻实验研究

2．1水泥基复合材料抗侵彻的研究方法

2．2水泥基复合材料的侵彻破坏特点

2．3超高性能水泥基复合材料多次侵彻结果及分析

2．3．1靶体特征与参数

2．3．2弹丸特征与参数

2．3．3实验设备

2．3．4靶体的破坏形态

2．3．4靶体的侵彻深度

2．4本章小结

3超高性能水泥基复合材料多次侵彻数值模拟

3．1 Autodyn软件介绍

3．2 Autodyn的基本算法

3．3材料模型及参数

3．3．1弹丸模型及参数

3．3．2混凝土模型及参数

3．4数值模拟结果与分析

3．4．1侵彻模拟的破坏形态

3．4．2侵彻模拟的侵彻深度

3．4．3侵彻模拟的损伤发展及分布

3．4．4侵彻模拟的应力分布

3．5数值模拟结果与实弹侵彻结果的分析对照

3．5．1侵彻实验和模拟的破坏形态及表面开坑比较

3．5．2侵彻实验和模拟的侵彻深度比较

3．6本章小结

4超高性能水泥基复合材料侵爆耦合实验研究

4．1水泥基复合材料侵爆耦合的研究意义

4．2水泥基复合材料的爆炸破坏特征

4．3超高性能水泥基复合材料侵爆耦合实验结果及分析

4．3．1靶体特征与参数

4．3．2弹丸特征与参数

4．3．3毁伤的组合形式

4．3．4实验设备

4．3．5靶体的破坏形态

4．3．6靶体的毁伤深度

4．3．6靶体的开坑面积

4．4本章小结

5．超高性能水泥基复合材料侵爆耦合数值模拟

5．1材料模型及参数

5．2数值模拟结果与分析

5．2．1侵爆耦合模拟的破坏形态

5．2．2侵爆耦合模拟的毁伤深度

5．2．3侵爆耦合模拟的损伤发展及分布

5．2．3侵爆耦合模拟的应力分布

5．3本章小结

6．全文总结

6．1研究结论

6．2研究展望

致谢

参考文献

附录