弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究

邓勇军 陈小伟 钟卫洲 何丽灵

邓勇军, 陈小伟, 钟卫洲, 何丽灵. 弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(2): 023101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0001
引用本文: 邓勇军, 陈小伟, 钟卫洲, 何丽灵. 弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(2): 023101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0001
DENG Yongjun, CHEN Xiaowei, ZHONG Weizhou, HE Liling. Experimental and numerical study on normal penetration of a projectile into a reinforced concrete target[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(2): 023101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0001
Citation: DENG Yongjun, CHEN Xiaowei, ZHONG Weizhou, HE Liling. Experimental and numerical study on normal penetration of a projectile into a reinforced concrete target[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(2): 023101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0001

弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究

doi: 10.11883/bzycj-2019-0001
基金项目: 国家自然科学基金(11390361, 11390362)
详细信息
    作者简介:

    邓勇军(1987- ),男,博士研究生,dyj820@swust.edu.cn

    通讯作者:

    陈小伟(1967- ),男,博士,研究员,博士生导师,chenxiaoweintu@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O385

Experimental and numerical study on normal penetration of a projectile into a reinforced concrete target

  • 摘要: 开展了直径156 mm的大尺寸弹体正侵彻钢筋混凝土靶试验,通过预埋压力传感器获得了侵彻过程中不同位置处混凝土的压力值;结合数值模拟,分析了混凝土的损伤分区及不同位置的钢筋应力状态。结果表明:处于弹道附近的混凝土压力最大,峰值脉冲明显;随着距离的增加,峰值减小且脉宽增大,应力脉冲的形状由尖峰演变为相对平坦的波形。粉碎区内的钢筋达到其屈服强度,破裂区钢筋处于弹性状态,弹性区和未扰动区钢筋应力基本可以忽略。
  • 图  1  靶体及钢筋分布示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of steel and target

    图  2  压力传感器分布示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of pressure sensors

    图  3  弹体尺寸

    Figure  3.  Size of the projectile

    图  4  试验装置图

    Figure  4.  Test installation

    图  5  高速摄影记录的弹体撞击靶体过程

    Figure  5.  High-speed photography of the process for projectile impact target

    图  6  试验结果(v=650 m/s)

    Figure  6.  Test results (v=650 m/s)

    图  7  弹体磨蚀情况

    Figure  7.  Erosion of projectile

    图  8  不同位置的压力时程曲线

    Figure  8.  Pressure vs time at different location

    图  9  有限元模型

    Figure  9.  Finite-element model

    图  10  混凝土破坏情况

    Figure  10.  Damage of concrete

    图  11  靶体在钢筋层位置出现整体脱离破坏

    Figure  11.  Detachment failure of reinforced concrete target at the steel layer

    图  12  数值模拟与实验的侵彻深度(h)对比

    Figure  12.  Depth of penetration of numerical and experimental

    图  13  侵彻过程中钢筋的破坏情况

    Figure  13.  Failure of steel during the penetration

    图  14  混凝土分区

    Figure  14.  Regions of concrete

    图  15  钢筋位置

    Figure  15.  Location of steel

    图  16  不同位置钢筋等效应力时程曲线

    Figure  16.  Mises stress (σ) history of steel at different position

    图  17  钢筋等效应力分布

    Figure  17.  Mises stress (σ) distribution of steel

    表  1  钢筋混凝土靶参数

    Table  1.   Parameters of reinforced concrete

    尺寸/mm压缩强度/MPa钢筋直径/mm钢筋屈服强度/MPa
    2 500×2 500×1 8003010345
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    表  2  侵彻试验结果数据

    Table  2.   Results of penetration test

    Testfc/(MPa)v0/(m∙s−1)h/mD/mm0/kgm1/kg
    1306501 1201.532.57632.216
    26751 3201.732.65832.498
    36801 320正面严重损坏33.17732.607
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    表  3  弹材参数

    Table  3.   Parameters of projectile

    材料ρ/(kg·m−3)E/GPaμσ/MPaε
    弹体7 9102100.300
     注:ρ为密度;E为弹性模量;μ为泊松比;σ为屈服强度;ε为失效应变。
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    表  4  K&C模型中混凝土的材料参数

    Table  4.   Parameters of K&C model

    材料ρ/(kg·m−3)μFt/MPaA0/MPaαβ
    混凝土2 4400.24−483.94×102145
    界面2 4400.22−103.94×102145
     注:A0为抗压强度,Ft为抗拉强度;α为长度单位转换因子,β为应力单位换算系数。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-02
  • 修回日期:  2019-04-29
  • 刊出日期:  2020-02-01

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