文档介绍：中国工程物理研究院
硕士学位论文
外爆加载下分层金属管膨胀破裂过程研究
姓名：徐皇兵
申请学位级别：硕士
专业：工程力学
指导教师：刘仓理
20040516
摘要本文第一部分主要关注外爆过程中壳体内界面对驱动过程和破裂过程的影响，研究内界面对破片形成过程的作用。为此本文设计了分层结构金属管，用硝基甲烷从内部加载分层管。由于与单层管相比，经过分层后的金属管在内界面处的边界、约束、应力状态、加载方式等方面都存在差异，这必然导致同厚度单层管与分层管在相同加载条件下的宏观表现行为屏咽奔洹⑵破叽缂笆俊⑺槠跛俚存在差异，由于这一问题的复杂性，本文以实验观察为主，理论分析结合数值模拟为辅对这一问题进行了初步探采用高速分幅摄影技术来记录动态破裂发展过程，得到了清晰的过程图片。观察到了单、双、三层管起裂，出现贯穿性破裂及出现大规模产物泄露所对应的时刻。双层管出现贯穿性破裂最晚及其所具有的最大破片速度说明内界面的存在使贯穿性破裂推迟发生，内压加挤压阻止了爆轰产物的过早泄露，使更多的爆炸能量传递给了管壁，同时也说明存在最佳内界面数及最佳位置问题。三，双层管表面裂纹密度较单层管大，分布也较单层管均匀，这说明内界面能均匀爆炸压力，延迟由于材料固有缺陷而导致破裂局域化过早发生，使破裂均匀发展，破片数目增多。用．非线性三维有限元程序对过程进行了数值模拟，计算得到的位移历史，破片速度等典型物理量都和实验观测符合得很好，通过分析双、三层管接触面两侧的径向应力历史发现此过程双、三层内部各壳层发生过一系列碰撞。并根据径、环向荜元应力演变过程结合管壁裂纹形成及分布特性初步解释了实验所观察到的现象本文第二部分对长杆弹侵彻脆性材料的数值模拟作了一些探索。混凝土靶采用一本构模型，钢使用竟鼓Ｐ秃蚆—状态方程对文献中带空腔长杆弹侵彻半无限混凝土靶的实验进行了数值模拟，计算得到的侵深历史、速度历史、侵彻持续时间、临界侵彻速度及最大侵深都和文献给出的实验结果相当符合。这说明这里所选取的材料模型及参数都是可取的，将这一方法应用于对混凝土这一类脆性材料侵彻问题的预估是有效的。关键词：内部爆炸加载分层管内界面讨。外爆加载下分层金属管膨胀破裂过程研究及空腔长杆弹侵彻半无限混凝土靶的数值模拟
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第一章绪论引言金属圆管作为一种轴对称结构，是武器战斗部中应用最广泛，最具代表性的典型构型一几乎所有武器的战斗部都是管状。金属圆管的损伤与破坏很早就引起了科学家们的兴趣，特别是其在一些极端条件呶隆⒏哐埂⒏哂Ρ渎下的动态响应。而其在内部爆轰加载下的膨胀破裂过程更是很早就得到了广泛得关注，一个多世纪以来很多力学家与材料学家对这一问题进行了大量的研究，取得了很多有价值的成果，由于这一问题的复杂性，至今仍有很多问题未弄清楚，这里先简单归纳一下前入的一些主要成果。圆管膨胀破裂过程要经历鲋饕=锥管在内部爆炸加载下的膨胀破裂过程可分为以下鲋饕=锥巍管壁在极高的内部爆炸压力孪蛲馀蛘停经过一段很短的膨胀运动后，当应力或应变达到了某一闽值，裂纹开始在管壁上传播；绷盐瓶J脊岽┱龉鼙诤螅洳锟J即恿逊．街种饕F屏涯Ｊ艋旌掀屏涯Ｊ健内部爆炸加载下，整个管壁环向最初完全处于压应力状态；随着管子的膨胀，环向应中泄漏：茏悠屏眩槠蛩闹芊缮ⅰＫ母龉倘缤．荆图外爆加载下管破裂的鲋饕=锥印外爆加载下分层金属管膨胀破裂过程研究及空腔长杆弹慢彻半无限混凝土靶的数值模拟．，
一缫甏爨潼鬻簂畗¨秘鹅黪麟翮§辫攀≥。。嚣邗簗。遴篆曩鬻黪。瓢。、薯：溺醚懑≥鎏黪簿鬣蓊鬣孀靘娜力在外表面附近变成拉伸状态而在内壁附近继续保持压缩状态，这两种应力状态之间有一个环向零应力圈。拉伸应力导致径向裂纹，而内壁附近的强烈压缩导致局部高温，当热软化超过了塑性功硬化，内壁附近裂纹沿最大剪应力面发展，管壁就在这种拉剪混合伤苄允惹南嗷チ佣⑸屏选】作用下发生破坏。管在膨胀过程中，多个塑性失稳区首先在管的内、外壁表面上产生。塑性失稳是由管夯伞骾湖孵Ⅳ图管壁上的塑性失稳与剪切带外爆加载下分层金属管膨胀破裂过程研究及空腔长杆弹侵彻半无限混凝土靶的数值模拟蝠乙
豸塑腶％菇其中√历为常数，由特定炸药确定：杉名为壳体质量与炸药质量之比图裂纹产生后∞应力卸载区壁内部的扰动引起，这种扰动是因为材料中的微空洞沿材料晶粒边界成核而引起。当管膨管壁最初完全处于压应力状态，当环向零应力圈移动到内表面时，整个管的环向应力都处于拉傅状态，此时内外表面的塑性失稳就会使管壁局部变