【摘 要】
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研究强冲击载荷下柱壳的膨胀断裂模式对武器性能最优化具有重要意义。由于金属柱壳爆炸膨胀断裂结合了材料和结构破坏,存在拉伸、剪切及拉剪混合等多种断裂模式,目前对其物理机制及影响因素还不清晰。数值模拟方法可以得到冲击过程的细节,节省实验成本和时间,为理解爆炸碎裂现象的过程和内在机理提供了有效的研究方式及结果。SPH光滑粒子流体动力学方法作为一种拉格朗日型粒子配置的无网格法,能有效避免传统有限元方法中拉格
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研究强冲击载荷下柱壳的膨胀断裂模式对武器性能最优化具有重要意义。由于金属柱壳爆炸膨胀断裂结合了材料和结构破坏,存在拉伸、剪切及拉剪混合等多种断裂模式,目前对其物理机制及影响因素还不清晰。数值模拟方法可以得到冲击过程的细节,节省实验成本和时间,为理解爆炸碎裂现象的过程和内在机理提供了有效的研究方式及结果。SPH光滑粒子流体动力学方法作为一种拉格朗日型粒子配置的无网格法,能有效避免传统有限元方法中拉格朗日方法网格畸变及欧拉方法难于捕捉边界的问题。本文通过开展SPH有限元仿真模拟,探讨分析爆炸载荷、试样几何尺寸对于45#钢柱壳断裂模式的影响。结果表明:(1)对于SPH模型来说,对模型的有效控制是模型可行性的重要前提,包含了前处理中的粒子的分布、网格的划分、接触条件、光滑长度、粘性系数及粒子失效的控制;材料模型中的本构模型及破坏参数的选择。(2)在爆炸加载阶段,随冲击波在柱壳内、外壁间来回反射形成二次塑性区,沿柱壳壁厚等效塑性应变演化呈凸形分布,壁厚中部区域等效塑性应变较内、外壁大。(3)在较高爆炸压力(JOB9003)作用下,柱壳断裂发生在爆轰波加载阶段,损伤裂纹从塑性应变积累较大的壁厚中部起始,沿剪切方向向内、外壁扩展,形成剪切型断裂模式。而在RHT-901空心炸药加载下,虽然裂纹仍从壁厚中部起始,沿剪切方向扩展,但随后柱壳进入自由膨胀阶段,未断区域处于拉伸应力状态,柱壳局部发生结构失稳,形成类似“颈缩”现象,裂纹从剪切方向转向沿颈缩区向外扩展,呈现拉剪混合断裂模式。拉伸裂纹占截面的比例与柱壳结构失稳时刻相关。(4)柱壳断裂演化是一个爆炸冲击波与柱壳结构相互作用的过程,不能简单地看作一系列膨胀拉伸环来处理。
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