LS-DYNA动能弹丸侵彻混凝土的数值模拟(2)
4.5 侵彻过程中单元有效应力的分析 27
4.6 FEM-SPH法对弹丸侵彻混凝土的数值模拟 28
结 论 31
致 谢 32
参考文献33
1 绪论
混凝土材料是我们生活中使用最为广泛的材料之一，它是当今社会生产量最大、使用领域最广的人造材料，和其他材料相比其具有生产成本低廉、强度高、耐久性好及生产制作流程简单等优点，更是当今建筑行业的首选材料。也正是由于混凝土材料的诸多优点，根据专家预测，在此后的几十年内混凝土材料仍然会是在各个领域内最广范使用的建筑材料。
1.1 研究背景及意义
作为应用领域极其广泛的一种工程材料，混凝土以其优秀的性能被安全防护领域大量采用。在各个应用领域之中，混凝土需要承受长期或者是缓慢变化的静载荷，更在某些时刻需要承受强烈的冲击载荷，如机场跑道，不仅需要承受飞机着陆时的冲击载荷，而且还需要确保在战争状态能抵抗敌弹的袭击；此外各类城市的人防工程，对混凝土结构的安全性能要求更高，在遭受敌人袭击（包括钻地弹等）后，要能保障人员安全。从材料的组成来看，混凝土内部是硅酸盐复合材料，各类材料成分十分复杂，改变其强度和结构的因素也有很多，具体可表现为受破坏时的非均质、非线性和脆性破坏等，相比较金属和合金而言，人们对其所具有的机械性能和失效准则认识还远远不够，对它在受到冲击载荷后的动态力学性能的了解则更少。
在建筑领域，目前世界各国的绝大部分建筑均采用了混凝土材料，因此其抗冲击能力越发显得重要。1999年5月8日，北约对南斯拉夫作战期间，美国B-2轰炸机向中国大使馆发射使用多枚精确制导炸弹，从屋顶一直贯穿至地下室，并投下炸药，造成严重人员伤亡；2001年9月11日，恐怖分子挟持两架飞机撞击了位于美国纽约的世界贸易中心双塔，导致了双塔的坍塌，造成了重大的人员伤亡和财产损失。以上这些都是混凝土材料被击穿的实例，从这些惨痛的实例中，我们必须明白当混凝土材料的建筑受到撞击时，掌握其力学性能和各项特性的变化规律尤为重要。通过对混凝土材料开展侵彻实验和数值模拟的研究，我们可以了解如何有效的提高混凝土材料的抗撞击和抵抗破坏的能力，提高其防护性能，而这也是当前各国研究单位的热点及难点，具有重要的现实意义。
1.2 混凝土侵彻的国内外发展状况
1.3 本文的主要工作
研究动能弹侵彻混凝土类材料目标侵彻的效果，对于机场跑道和地下指挥中心具有十分重要的意义。由于保密的原因，对机场跑道和地下工事等混凝土材料的侵彻研究均没有详细的报告，而国内这方面的研究也停留在初始阶段。
本课题主要进行高速动能弹侵彻混凝土的数值仿真研究，综合战斗部设计、工程力学及有限元数值仿真方面的基础知识，对刚性弹丸侵彻混凝土靶板的问题进行数值模拟。具体的内容如下：
（1）早学习Lagrange方法基本理论的基础上，掌握如何使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件程序，对弹丸侵彻混凝土靶板的过程进行数值模拟研究；
（2）完成高速动能弹侵彻混凝土的有限元仿真模型的建立，利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟，探究动能弹在不同侵彻速度和侵彻角度的情况下，对目标混凝土靶板所造成的破坏效应；
（3）分析高速动能弹侵彻混凝土的计算结果，对弹体在混凝土靶中的冲击特性进行研究；
（4）将SPH方法与FEM方法结合模拟弹丸对混凝土靶板的侵彻结果，将所得到的结果与FEM法进行对比分析，并分析SPH方法在高速冲击中的应用价值。