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1、西南科技大学硕士论文答辩,弹体对金属靶板的穿甲分析 Analysis on Perforation of Metallic Targets Subjected to Projectile Impact,答辩人 梁 冠 军 导 师 陈 小 伟 研究员,硕士研究生毕业论文目录,汇报提纲,选题背景及意义 论文思路及研究基础 研究内容与结果 创新点与展望,汇报提纲,选题背景及意义 论文思路及研究基础 研究内容与结果 创新点与展望,1.选题背景,早期试验研究,早期理论模型,侵彻或穿甲是一种自然界中广泛存在的力学现象。十九世纪初，拿破仑时代的法国军事工程学院开始了真正的有关穿甲的科学试验工作。,1968年
2、，美国海军兵器试验室（NWL）曾公布弹体钻进靶体的经验数据及其有关曲线，还有关于终点弹道学的其他资料。,早期穿甲力学针对弹道穿甲问题提出了诸多简化分析模型和经验公式。法国J. V. Poncelet在他的Cours de Mecanique Industrielle（译工业力学教本）（1829-1835）中综合当时的试验结果，首次建立预测穿甲弹道性能的理论模型，提出了著名的Poncelet公式。,1963年， Recht and Ipson 发表了Ballistic perforation dynamics一文，其中，提出了弹体穿甲靶板过程的半经验模型。,1.选题背景（续）,近期仿真研究,近期
3、理论模型,综述文献,近期试验研究,Borvik et, al（1999，2002，2003，2005）开展了大量的各种弹形的刚性弹对金属靶的穿甲试验研究，分别详尽的讨论了弹形、靶厚、靶材等对终点弹道性能的影响。,美国的Forrestal et, al(1998，1999)开展了金属弹体对铝靶板的大量穿甲试验；,Forrestal et, al以其所试验得出的数据为基础，并结合空腔膨胀理论给出一个刚性弹体穿甲金属靶板的预测模型。,Chen XW and Li QM 利用能量守恒定律、剪切冲塞常剪应力假设、绝热剪切热效应分析以及动态空腔膨胀理论建立了一系列预测终点弹道穿甲性能的理论分析模型。,晚近
4、，Borvik et, al和 Romesh C.Batra et,al开展了一系列的弹体对金属靶板的剪切和绝热剪切冲塞模式的数值仿真工作。,多篇综述文献完整勾勒出了二十世纪和本世纪初穿甲及侵彻动力学发展的全貌，如：Backman and Goldsmith(1978) Anderson and Bodner (1988) Corbettet et ,al(1996) BenDoret et ,al(2005),2. 选题意义,对于弹体穿甲金属靶板问题，长期以来虽然国内外一些专家提出很多关于弹道性能预测的理论模型，但大都是有一定的适用条件,在实际操作过程中有一定的局限性。本课题以前人的理论模型
5、为鉴,加入自己的理论分析、试验研究和数值仿真，明确提出绝热剪切穿甲失效模式，并与相关的试验数据比较分析，证明建议的模型能够更有效地描述弹体实际的穿甲性能。,2.选题意义（续）,针对穿甲问题已有理论模型的修正和完善，使其具有广泛的适用性是项挑战性的工作，对其深入的研究在民用和军事上有着重要意义：,民用：在建筑交通，安全防御，制造加工，射击运动等领域穿甲问题对人们正常的生产生活有着不可忽视影响。,军事：在保卫国家防御外敌入侵和加强本国防护结构的反穿甲能力上，对穿甲机理的研究有着至关重要的作用,汇报提纲,选题背景及意义 论文思路及研究基础 研究内容与结果 创新点与展望,1.守恒方程 2.无量纲化 3
6、.借鉴前人的公式,1.能量守恒定律 2.动量守恒定律 3.常剪应力假设 4.空腔膨胀理论,1.搜集前人试验数据 2.对比前人理论模型,建立模型,试验比对,数值仿真,利用ANSYS/LS-DYNA大型非线性分析软件对理论模型和试验数据分析对比,1.研究思路,理论基础,1.守恒方程 2.无量纲化 3.借鉴前人的公式,2.研究基础-试验数据,Test data from Borvik et,al papers,2.研究基础-理论模型,Theoretical model from Chen XW et, al papers,2.研究基础-数值仿真,ANSYS 10.0,LS-DYNA,+,汇报提纲,选
7、题背景及意义 论文思路及研究基础 研究内容与结果 创新点与展望,研究内容,论文主题分为三部分内容：,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析,模型简介,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,在剪切冲塞向绝热剪切冲塞转换过程中，剪切铰区的材料失效模式并非绝对的单一，材料失效应是剪切失效和绝热剪切失效的混杂。,假设绝热剪切冲塞穿甲的终点弹道极限有函数关系,其中,的取值倚赖于材料失效中哪种模式占据主要作用。,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,试验分析,剩余速度的理论预期和试验数据 Prediction of residu
8、al velocity and test data (H=6mm),剩余速度的理论预期和试验数据 Prediction of residual velocity and test data (H=10mm),1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,终点弹道极限和绝热剪切临界速度随靶板厚度的变化 Variations of critical velocities for ballistic limit and initiation of adiabatic shear against thickness of plate,弹材强度对靶板弹道性能的影响(=H/d=0.6) Effect of pl
9、ate strength on ballistic performance for =H/d=0.6,试验分析,1.平头弹穿透金属靶板的模式分析（续）,剩余速度的理论预期和试验数据(Weldox 460E) Prediction of residual velocity and test data (Weldox 460E),剩余速度的理论预期和试验数据(Weldox 900E) Prediction of residual velocity and test data (Weldox 900E),试验分析,2.尖头刚性弹对金属靶板的塑性扩孔分析,模型简介,2.尖头刚性弹对金属靶板的塑性扩孔分
10、析,试验分析,锥形弹在终点弹道极限穿甲三种靶板后的形貌Conical projectiles from tests at ballistic limits,尖卵形弹在终点弹道极限穿甲三种靶板后的形貌Ogival projectiles from tests at ballistic limits,2.尖头刚性弹对金属靶板的塑性扩孔分析（续）,试验分析,剩余速度的理论预期与试验数据（锥头弹撞击AA5083-H116铝靶） Prediction of residual velocity and test data (H=15mm),剩余速度的理论预期与试验数据（锥头弹撞击AA5083-H116铝靶
11、） Prediction of residual velocity and test data (H=30mm),2.尖头刚性弹对金属靶板的塑性扩孔分析（续）,剩余速度的理论预期与试验数据 (锥形弹撞击12mm厚Weldox460E靶板) Prediction of residual velocity and test data(Weldox460E Plate by conical projectile),剩余速度的理论预期与试验数据 (锥形弹撞击12mm厚Weldox900E靶板) Prediction of residual velocity and test data(Weldox90
12、0E Plate by conical projectile),试验分析,2.尖头刚性弹对金属靶板的塑性扩孔分析（续）,剩余速度的理论预期与试验数据(尖卵形弹撞击12mm厚Weldox460E 靶板) Prediction of residual velocity and test data(Weldox460E Plate by ogival projectile),剩余速度的理论预期与试验数据(尖卵形弹撞击12mm厚Weldox900E 靶板) Prediction of residual velocity and test data(Weldox900E Plate by ogival
13、projectile),试验分析,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究（续）,弹体材料Plastic-Kinematic模型参数 Material parameters of Plastic-Kinematic model,靶板材料Johnson-Cook模型参数Material parameters of Johnson-Cook model,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究（续）,平头弹穿透靶板过程的速度变化 variation of blunt projectile velocity on perf
14、oration of target,剩余速度的仿真预测和试验数据 Prediction of residual velocity between numerical and experimental result,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究（续）,t=10us t=22us t=40us t=56us t=98us 靶塑性应变的变化过程 Variation process of plastic strain of metal plates,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究（续）,沿靶板厚度方向剪应变变化 Shear strain along direction of plate thickness,沿靶半径方向剪应变变化 Shear strain along direction of plate radius,3.平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究（续）,t=36us t=42us t=56us t=82us t=98us 靶体温度变化历程云图 Contours of temperature of metal plates,汇报提纲,选题背景及意义 论文思路及研究基础 研究内容与结果 创新点与展望,1.创新点,2.展望,论文发表与获奖情况,谢谢各位专家！ 敬请指导！,2009年6月7日,
