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钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性

张元豪 陈长海 朱锡

张元豪, 陈长海, 朱锡. 钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 93-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.014
引用本文: 张元豪, 陈长海, 朱锡. 钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(1): 93-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.014
Yuanhao ZHANG, Changhai CHEN, Xi ZHU. GFRP and steel compounded structure subjected to impact by high velocity projectiles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 93-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.014
Citation: Yuanhao ZHANG, Changhai CHEN, Xi ZHU. GFRP and steel compounded structure subjected to impact by high velocity projectiles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(1): 93-100. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.014

钢/玻璃钢组合结构对高速弹丸的抗侵彻特性

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.01.014
详细信息
    作者简介:

    张元豪, 男, 1992年生, 硕士生。研究方向:舰艇防护。E-mail:158241904@qq.com

    朱锡, 男, 1961年生, 博士, 教授。研究方向:材料结构, 复合材料, 舰船结构抗爆与防护。E-mail:zhuxi816@163.com

    通信作者:

    陈长海(通信作者), 男, 1985年生, 博士, 讲师。研究方向:舰船结构抗爆抗侵彻。E-mail:chenchanghai@126.com

  • 中图分类号: U661.43;O344.7

GFRP and steel compounded structure subjected to impact by high velocity projectiles

  • 摘要: 为探究钢与玻璃钢的组合结构形式对舰船舱壁复合装甲结构抗穿甲性能的影响,采用均质钢板前置和后置玻璃钢来分别模拟舰船舱壁外设及内设复合装甲结构,结合高速弹道冲击实验,分析、比较2种结构形式组合靶板的穿甲破坏模式和抗弹吸能能力。在此基础上,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA开展高速立方体弹丸侵彻组合靶板的数值模拟计算,分析组合靶板的侵彻过程,并与实验结果进行比较。结果表明,数值计算结果与实验结果较为吻合;2种组合靶板中复合装甲板的破坏模式均主要为钢板的剪切冲塞破坏和玻璃钢的纤维剪切断裂,后置组合靶板中玻璃钢背层伴随有纤维的拉伸破坏;前置组合靶板的抗弹吸能能力要稍大于后置组合靶板。
  • 图  1  立方体弹及钢板/玻璃钢组合靶板模型示意图

    Figure  1.  Sketch of finite element model for cube projectile and steel /GFRP compounded structure

    图  2  工况1靶板的破坏形貌

    Figure  2.  Failure mode 1

    图  3  工况3侵彻过程仿真

    Figure  3.  Penetration process simulation of failure mode 3

    图  4  工况3靶板的破坏形貌

    Figure  4.  Failure mode 3

    图  5  工况2靶板的破坏形貌

    Figure  5.  Failure mode 2

    图  6  工况4侵彻过程仿真

    Figure  6.  Penetration process simulation of failure mode 4

    图  7  工况4靶板的破坏形貌

    Figure  7.  Failure mode 4

    表  1  钢材料性能参数

    Table  1.   Material properties of steel

    参数 数值
    45# Q235钢
    弹性模量E/GPa 205 210
    密度ρ/(kg.m-3) 7 800 7 850
    泊松比υ 0.3 0.3
    应力σy/MPa 335 235
    抗拉强度σb/MPa 450 400~490
    伸长率δs/% 16 22
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    表  2  SW220玻璃钢材料性能参数

    Table  2.   Material properties of SW220 GFRP

    参数 数值
    密度ρ/(kg.m-3) 2 100
    面内拉伸模量/GPa 30.5
    面内拉伸强度/MPa 450
    厚度方向压缩模量/GPa 3.85
    厚度方向压缩强度/MPa 488.3
    剪切模量/GPa 1.11
    剪切强度/MPa 156
    断裂韧性值/J·cm-2) 1.59
    伸长率δs/% 1.5
    单位断裂应变能/(MJ·m-3) 3.38
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    表  3  弹体的材料参数

    Table  3.   Material parameters of projectile

    σ0 /MPa Eh /MPa N D/s-1 失效应变εf
    335 350 5 40.4 0.7
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    表  4  钢板的材料参数

    Table  4.   Material parameters of steel plate

    G/GPa A/MPa B/MPa n c m Tm/K T0/K D1 D2 D3 D4 D5
    80.8 235 300 0.26 0.014 1.03 1 793 300 0.4 0 0 0 0
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    表  5  玻璃钢的材料参数

    Table  5.   Material parameters of GFRP

    E11/GPa E22/GPa E33/GPa υ12 υ13 υ23 G12/GPa G13/GPa G23/GPa
    18.22 18.22 6 0.12 0.3 0.3 6.75 6.75 3
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    表  6  实验与有限元模拟结果

    Table  6.   Results of finite element and experiment

    实验工况 靶板类型 弹体速度v0/(m·s-1) 剩余速度/(m·s-1) 单位面密度吸能EA/(J.m2.kg-1) 数值模拟剩余速度/(m.s-1) 相对误差/% 破坏情况
    1 1 057.2 0 ≥36.16 0 - 玻璃钢击穿,钢板临界击穿
    2 1 001.2 0 ≥32.43 0 - 钢板击穿,玻璃钢临界击穿
    3 1 194.4 327.8 42.68 343 4.6 整体击穿:玻璃钢、钢板均击穿
    4 1 291.7 617.7 41.64 628 1.7 整体击穿:玻璃钢、钢板均击穿
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-16
  • 网络出版日期:  2016-12-28
  • 刊出日期:  2017-01-07

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