1.1  研究的背景和意义

自海湾战争以来，攻击地下设备的战斗部越来越受到人们的关注。其特点是首先对设备上层的水泥或岩石等进行大穿深侵彻，然后对地下建筑、设备或者人员进行爆炸损伤，在某些情况下侵彻与爆炸同时发生，在侵彻和爆炸的同时作用下，战斗部对水泥或岩石等防护层进行破坏。研究战斗部在这种条件下的作用机理对于战斗部的材料设计及结构设计都是非常必要的。

混凝土作为一种特殊的复合材料,因具有良好的易成形性、抗水耐火性、以及原材料充足价格便宜等特点,不仅在民用建筑方面,而且在各国军事设施中得到了广泛的应用。在军事方面，大多数军事相关工程都是由钢筋混凝土构成的，而用于摧毁地下指挥工事、武器弹药库、油料库和机库等重要坚固目标的精确制导武器，绝大部分都是侵彻武器或者钻地武器。因此，研究弹体对混凝土介质的侵彻对于研究新型防护材料和结构功能，提高防护工事的防护能力具有重要意义。在民用领域，混凝土材料被用作核设施的安全壳，同时在一些桥梁和建筑物等方面也得到了广泛的应用。

20世纪末，大部分国家开始将其许多最具有价值的军事设施转移到地下，在整个世界上已有较多地下军事设施，对付这类目标的问题成为各国研究的重要课题。为有效攻击此类目标，研究弹丸对混凝土靶板的侵彻能力和毁伤效果就显得极为重要。

本课题主要利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟串联侵爆弹对混凝土靶板的侵彻和毁伤效果，最后将数值模拟计算出的结果与理论计算的结果进行对比分析，验证该串联侵爆弹对混凝土的侵彻以及毁伤。本文采用混凝土材料的本构模型，完成弹体对半无限靶的正侵彻过程的计算，分析影响侵彻深度的因素、弹体速度衰减曲线、弹体加速度变化曲线以及弹体位移曲线等，并与理论计算进行对比分析。

1.2  国内外研究现状

1.3  研究方法和主要内容

1.3.1  研究方法

本课题的研究方法主要是理论计算分析法和数值模拟分析法：理论计算分析法主要是利用空腔膨胀理论对弹体侵彻混凝土进行分析、经验公式的计算以及对相关材料模型的分析；数值模拟分析法主要是利用有限元ANSYS/LS-DYNA软件模拟弹体侵彻混凝土的过程。

1.3.2  主要内容

本文采用数值模拟技术，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对弹体侵彻靶板和装药在靶板内部爆炸进行仿真建模和数值分析。主要内容如下：

1）对国内外混凝土侵彻和爆炸问题相关的文献进行查找阅读，总结国内外有关混凝土靶板侵彻和爆炸问题的研究现状、发展以及相关的计算方法。

2）构建弹体侵彻混凝土靶板的有限元模型，利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA针对混凝土靶板的侵彻以及爆炸问题进行数值模拟，确定混凝土靶强度、混凝土靶厚度、弹体速度、弹丸头部形状，分析弹体各参数对侵彻深度的影响以及弹体正侵彻半无限混凝土靶时弹体和靶板的响应，分析弹体速度、加速度和过载变化。

3）选取文献中总结的研究侵彻和爆炸问题的经验公式，在公式适用的范围内改变撞击速度，确定模拟计算所需的参数，对相应速度和炸药装药量下的侵彻深度和炸药爆炸用数值模拟法进行计算，数值计算结果与经验公式所计算的结果进行对比，验证数值法的正确性，同时也说明数值方法具有重要参考意义。

4）在保持口径相等的情况下，利用ANSYS/LS-DYNA软件建立串联模型中单个弹体的四倍弹体质量和装药量的有限元模型，进行仿真计算，并与该串联模型的结果进行对比，分析两者对混凝土靶板侵彻的效果。