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基本信息
- 項目名稱：
- 高速碰撞下物體變形與侵徹的研究分析
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 細(xì)致研究在高速碰撞引起的沖擊載荷作用下，各類材料的物理參數(shù)和力學(xué)性能的變化規(guī)律。為工程防護設(shè)計和武器裝備設(shè)計提供依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 在緊密圍繞試驗的前提下，結(jié)合數(shù)學(xué)模型的建立，主要運用計算機有限元算法，實現(xiàn)對陶瓷、混凝土、鐵、鋁、銅等脆性和延性材料（及其組合情況）在沖擊載荷作用下的響應(yīng)進行分析。在研究過程中探索了材料單元體的失效判別條件，以及形體幾何形狀對沖擊的影響。為工程防護設(shè)計和武器裝備設(shè)計提供依據(jù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的 細(xì)致研究在高速碰撞引起的沖擊載荷作用下，各類材料的物理參數(shù)和力學(xué)性能的變化規(guī)律。為工程防護設(shè)計和武器裝備設(shè)計提供依據(jù)。 基本思路 通過實驗和數(shù)學(xué)模型的手段，主要運用計算機實現(xiàn)對陶瓷、混凝土、鐵、鋁、銅等脆性和延性材料（及其組合情況）在沖擊載荷作用下的響應(yīng)進行分析。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 科學(xué)性 數(shù)學(xué)模型結(jié)果與現(xiàn)有的試驗結(jié)果較為吻合，數(shù)學(xué)模型能清晰描述碰撞過程中物體性能變化規(guī)律。 先進性及獨特之處 研究采用非線性動力學(xué)程序代碼。在準(zhǔn)確揭示材料在沖擊載荷下的宏觀規(guī)律同時，還細(xì)致描述了材料內(nèi)部的細(xì)觀變化過程。在此基礎(chǔ)之上完成的對各類材料在沖擊荷載下的各項性能指標(biāo)與原始的實驗手段相比，具有更節(jié)省成本、減小實驗變差系數(shù)和理論與實踐結(jié)合更緊密的優(yōu)點。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 現(xiàn)實意義 隨著對大規(guī)模殺傷性武器的制約，常規(guī)武器性能的提高開始受到重視。以往的研究是在實驗上的總結(jié)，其耗資巨大，可重復(fù)性差。近年來數(shù)值技術(shù)在一定程度上為該課題的研究提供新的平臺。 應(yīng)用價值 課題在拉氏方法研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的應(yīng)用兩種適用于流體的計算方式：二階多物質(zhì)ALE算法；和光滑粒子流體動力學(xué)方法SPH。為金屬的塑性變形和脆性材料的破裂研究提供了新的方法和思路。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 摘要 高速碰撞問題一直是軍工與民用領(lǐng)域研究的一個重點課題對于實際的武器設(shè)計和抗沖擊防護有著極其重要的實際意義。本文在基于有限元方法的平臺上，運用中心差分法計算穿甲力學(xué)。 本文首先介紹了國內(nèi)外穿甲力學(xué)的發(fā)展概況， 隨后對數(shù)值計算的原理加以闡述，接著再幾種常見材料在數(shù)值計算方面的本構(gòu)關(guān)系予以仔細(xì)描述。 通過對靶板和彈丸的細(xì)致網(wǎng)格劃分，再考慮單元間的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和單元體的失效機制，可以較為準(zhǔn)確的分析出彈丸穿甲的全過程。此方法打破了傳統(tǒng)穿甲力學(xué)的實物試驗和半經(jīng)驗理論推導(dǎo)，且計算結(jié)果與試驗結(jié)果非常接近，有很強的推廣意義。通過此方法可以系統(tǒng)的研究侵徹過程的力學(xué)性能，同時也為工程安全提供了新的思路。
獲獎情況
- 《Numerical Simulation of Local Response of Ship In UnderwateExplosive Shock》國際會議(ICMIC 2011)——IEEE/EI 《Numerical simulation of Ellipsoid Shaped Charge penetrating Concrete 》國際會議(ICMIC 2011)——IEEE/EI 2010年9月《彈丸初速度對侵徹雙層鋼板影響的數(shù)值模擬》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表 2011年2月《卵形彈頭子彈侵徹鋁-鐵雙層靶的數(shù)值分析》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表 2011年3月《錐頭彈彈尖角度對侵徹效果影響的數(shù)值分析》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表 2011年4月《土壤內(nèi)爆炸沖擊下混凝土路面響應(yīng)的數(shù)值分析》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表 2010年5月《球形頭部彈丸侵徹極限深度問題的數(shù)值模擬》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表 2010年6月《聚能射流侵徹混凝土靶板的數(shù)值模擬研究》在核心期刊《四川兵工學(xué)報》發(fā)表
鑒定結(jié)果
- 榮獲校級“挑戰(zhàn)杯”選拔賽一等獎 榮獲省級“挑戰(zhàn)杯”選拔賽一等獎 榮獲省級物理及試驗科技創(chuàng)新競賽一等獎
參考文獻
- [1] Broadhouse,B.J.&Attwood,G.J.1993.Finite element analysis of the impact response of reinforced concrete structures using dyna3d.Presented at 12th International conference on Structural Mechanics in Reactor Technology,University of Stuttgart,Germany [2] Broadhouse,B.J.1995.The winfrith concrete model in lsdyna3d.Rep.SPD/D(95)363,Structural Performance Department,AEA Technology,Winfrith Technology Centre [3] 譚多望等，大錐角聚能射流試驗研究[J].高壓物理學(xué)報.2003.9 [4] 王靜等，射流侵徹混凝土靶的靶體阻力計算模型與數(shù)值模擬研究[J]兵工學(xué)報.2008.12 [5] 朱峰，朱衛(wèi)華等，彈丸初速度對侵徹雙層鋼板影響的數(shù)值模擬[J].四川兵工學(xué)報.2010.9 [6] 程興旺，王富恥等，不同頭部形狀長桿彈侵徹過程的數(shù)值模擬[J].兵工學(xué)報.2007.8
同類課題研究水平概述
- 國際主流研究方向： 金屬類材料： 45 號或 35 號普通碳鋼 特種高強碳鋼（摻有其它微量元素） 60xx 系列超硬鋁 70xx 系列超硬鋁 鈦合金 非金屬類材料： 各種型號的普通混凝土 摻有其它材料的特種混凝土 各類高強陶瓷材料 疊成狀織物材料 子彈外形： 平頭子彈 錐狀頭部子彈 異形子彈 子母彈 金屬射流 侵徹方式： 正面侵徹 斜向侵徹 彈身在侵徹過程中帶有一定程度的旋轉(zhuǎn) 實際應(yīng)用： 常規(guī)的槍械子彈對普通裝甲和防御工事的侵徹 機載武器的長桿彈對厚層裝甲的高效侵入 穿地彈的穿徹深度的地下建筑的影響 導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的前級聚能裝藥 水體對武器水下發(fā)射后運動情況的影響 快速燃燒、爆炸材料在介質(zhì)中有阻礙或無阻礙的壓力傳播過程 計算方法： Lagrange方法 Eular方法 ALE方法 SPH等無網(wǎng)格方法
