混凝土靶板厚度转换关系的仿真分析及验证

高速弹丸垂直侵彻贯穿混凝土时，首先会在靶板表面开坑，随着侵彻深度增加，靶板会逐渐产生大量裂纹，当弹丸贯穿靶板时，靶板背部出现崩落现象，以侵彻50 cm 混凝土靶为例，侵彻过程如图4所示。

弹丸垂直侵彻贯穿钢靶时，与混凝土靶板相比，不会有开坑、裂纹及崩落的现象出现；弹丸完全贯穿钢靶时，钢靶中心会出现一个较圆滑的孔洞，弹丸质量损失更大，弹丸垂直侵彻贯穿钢靶过程如图5所示。

图4　高速弹丸侵彻贯穿混凝土靶板过程

图5　高速弹丸侵彻贯穿钢靶过程

由LS-DYNA 进行动力学仿真，获得弹丸在1 200 m／s 的高速状态下，垂直侵彻贯穿厚度分别为20 cm、50 cm、80 cm、100 cm 的混凝土靶板，剩余速度分别为1 100 m／s、791 m／s、500 m／s、469 m／s，速度曲线如图6 所示。当混凝土靶板厚度为20 cm 时，弹丸完全贯穿靶板后，速度降低较小；当混凝土靶板厚度为50 cm、80 cm 时，弹丸完全贯穿混凝土靶板，速度下降较快，且前半部分速度下降过程近似相同；当混凝土靶板厚度为100 cm 时，与80 cm 混凝土相比，弹丸速度降低较少。由此可知，在建立地下防护结构过程中，混凝土厚度应根据需求适当选取。

图6　弹丸侵彻混凝土靶板速度曲线

利用相同属性弹丸以1 200 m／s 侵彻等效钢靶，钢靶贯穿面光滑，没有裂纹出现，与侵彻混凝土靶板相比，速度下降更快。弹丸垂直侵彻贯穿等效钢靶速度曲线如图7 所示。弹丸在较短的时间内，速度减少较大。

图7　弹丸侵彻钢靶速度曲线(www.xing528.com)

根据靶体吸收动能等效原则，获得4 种厚度混凝土靶板对应等效钢靶的厚度，如表3 所示。

表3　1 200 m／s 状态下靶板剩余速度

根据上述所获得厚度的离散数据，利用MATLAB 拟合混凝土靶板与等效钢靶厚度转换关系曲线，并显示转换方程。MATLAB 中程序如下：

拟合所获得的曲线如图8 所示，转换方程为

式中：hc——等效钢靶厚度，cm；

　　　hc——混凝土靶板厚度，cm。

图8　厚度转换关系曲线

分别对30 cm、60 cm 混凝土靶板与等效钢靶的厚度转化关系进行验证，验证结果可得，仿真结果与根据转换公式计算结果相比，转换厚度误差不大于10%。