兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3654-3666.doi: 10.12382/bgxb.2023.0359
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
韩佳彤1, 王昕2,*(), 张磊3, 李振2,**(
), 王鹏飞2, 赵振宇1, 卢天健1
收稿日期:
2023-04-20
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
HAN Jiatong1, WANG Xin2,*(), ZHANG Lei3, LI Zhen2,**(
), WANG Pengfei2, ZHAO Zhenyu1, LU Tianjian1
Received:
2023-04-20
Online:
2023-12-30
摘要:
为评估带壳装药产生的爆炸冲击波和高速破片联合作用的毁伤效应,针对泡沫铝子弹冲击预制圆孔Q235钢板开展了数值模拟研究。采用实验结果验证数值计算的准确性,并系统分析靶板的动态变形、破坏模式、孔周位移等力学响应;基于描述应力状态的应力三轴度与Lode参数,揭示预制圆孔引发靶板孔周撕裂破坏的力学机理,厘清圆孔直径及板厚对结构抗毁伤性能的影响规律。研究结果表明:预制圆孔显著降低了结构的抗毁伤性能:随着孔径增大或板厚减小,靶板的孔周位移上升,引发撕裂破坏的临界载荷相应下降。
中图分类号:
韩佳彤, 王昕, 张磊, 李振, 王鹏飞, 赵振宇, 卢天健. 泡沫子弹冲击下预制圆孔Q235钢板的动态响应与破坏机理[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3654-3666.
HAN Jiatong, WANG Xin, ZHANG Lei, LI Zhen, WANG Pengfei, ZHAO Zhenyu, LU Tianjian. Dynamic Response and Failure Mechanism of Pre-holed Q235 Steel Plate under Foam Projectile Impact Loading[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3654-3666.
参数 | 数值 |
---|---|
ρp/(kg·m-3) | 7800 |
E/GPa | 200 |
A/MPa | 235 |
B/MPa | 275 |
n | 0.36 |
C | 0.022 |
m | 1.03 |
/s-1 | 1 |
Tm/K | 1673 |
Tr/K | 293 |
泊松比 | 0.3 |
εf | 1 |
表1 Q235钢的材料模型系数[23]
Table 1 Material model coefficients of Q235 steel[23]
参数 | 数值 |
---|---|
ρp/(kg·m-3) | 7800 |
E/GPa | 200 |
A/MPa | 235 |
B/MPa | 275 |
n | 0.36 |
C | 0.022 |
m | 1.03 |
/s-1 | 1 |
Tm/K | 1673 |
Tr/K | 293 |
泊松比 | 0.3 |
εf | 1 |
编号 | 子弹密度/ (kg·m-3) | 速度/ (m·s-1) | 单位面积 动量/ (kPa·s) | 孔周位移/mm | ||
---|---|---|---|---|---|---|
实验 结果 | 仿真 结果 | 误差/ % | ||||
1 | 392 | 164 | 5.4 | 15.8 | 16.9 | 6.5 |
2 | 385 | 210 | 6.9 | 21.0 | 22.0 | 4.5 |
3 | 385 | 257 | 8.5 | 27.3 | 27.8 | 1.7 |
4 | 387 | 342 | 11.3 | 38.2 | 39.3 | 2.7 |
5 | 389 | 363 | 12.0 | 40.9 | 42.4 | 3.5 |
6 | 390 | 388 | 12.8 | 45.0 | 46.2 | 2.5 |
表2 仿真和实验结果对比
Table 2 Comparison between numerical and experimental results
编号 | 子弹密度/ (kg·m-3) | 速度/ (m·s-1) | 单位面积 动量/ (kPa·s) | 孔周位移/mm | ||
---|---|---|---|---|---|---|
实验 结果 | 仿真 结果 | 误差/ % | ||||
1 | 392 | 164 | 5.4 | 15.8 | 16.9 | 6.5 |
2 | 385 | 210 | 6.9 | 21.0 | 22.0 | 4.5 |
3 | 385 | 257 | 8.5 | 27.3 | 27.8 | 1.7 |
4 | 387 | 342 | 11.3 | 38.2 | 39.3 | 2.7 |
5 | 389 | 363 | 12.0 | 40.9 | 42.4 | 3.5 |
6 | 390 | 388 | 12.8 | 45.0 | 46.2 | 2.5 |
图3 泡沫铝弹丸动量I0=12.8kPa·s下实验与数值得到的预制圆孔Q235钢板失效模式对比
Fig.3 Comparison between experimentally observed and numerically predicted failure modes of pre-holed Q235 steel target plate for projectile momentum I0=12.8kPa·s
编号 | Df/ mm | Lp/ mm | Lf/ mm | hp/Lp | hp/ mm | df/ mm | df/Lp |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 57 | 180 | 85 | 0.0055 | 1 | 3.6 | 0.02 |
2 | 7.2 | 0.04 | |||||
3 | 10.8 | 0.06 | |||||
4 | 14.4 | 0.08 | |||||
5 | 18 | 0.10 |
表3 不同圆孔直径有限元模型的关键几何参数
Table 3 Key geometrical parameters of the pre-holed plates with various hole diameters
编号 | Df/ mm | Lp/ mm | Lf/ mm | hp/Lp | hp/ mm | df/ mm | df/Lp |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 57 | 180 | 85 | 0.0055 | 1 | 3.6 | 0.02 |
2 | 7.2 | 0.04 | |||||
3 | 10.8 | 0.06 | |||||
4 | 14.4 | 0.08 | |||||
5 | 18 | 0.10 |
图18 临界动量作用下不同孔径靶板代表性单元的平均应力三轴度和Lode参数
Fig.18 Average stress triaxialities and Lode parameters of representative elements of pre-holed plates with various hole diameters at critical momentums
编号 | Df/ mm | Lp/ mm | Lf/ mm | df/Lp | df/ mm | hp/ mm | hp/Lp |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 57 | 180 | 85 | 0.04 | 7.2 | 0.50 | 0.0028 |
2 | 0.75 | 0.0041 | |||||
3 | 1.00 | 0.0055 | |||||
4 | 1.25 | 0.0069 | |||||
5 | 1.50 | 0.0083 |
表5 不同靶板厚度有限元模型的关键几何参数
Table 5 Key geometrical parameters of pre-holed plates with various plate thicknesses
编号 | Df/ mm | Lp/ mm | Lf/ mm | df/Lp | df/ mm | hp/ mm | hp/Lp |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 57 | 180 | 85 | 0.04 | 7.2 | 0.50 | 0.0028 |
2 | 0.75 | 0.0041 | |||||
3 | 1.00 | 0.0055 | |||||
4 | 1.25 | 0.0069 | |||||
5 | 1.50 | 0.0083 |
图21 临界动量作用下不同厚度靶板代表性单元的平均应力三轴度和Lode参数
Fig.21 Average stress triaxialities and Lode parameters of representative elements of pre-holed plates with various plate thicknesses at critical momentums
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