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动能钻地弹侵彻钢筋混凝土热效应数值仿真
引言
随着人类对于地下资源的需求增加，在地下建筑和地铁等工程中，需要使用土工机械切割和钻掘地下岩石和矿石，因此钻地弹的研究具有很高的实用价值。在钻探过程中，弹头的侵彻能力是非常重要的。在一些特殊情况下，需要钻探混凝土结构，因此在混凝土结构中的弹头侵彻研究也具有非常重要的意义。本文将通过对动能钻地弹弹头在钻探混凝土结构中的侵彻过程数值仿真，对热效应的影响和处理方法进行探究。
1.动能钻地弹简介
动能钻地弹是一种利用动能来作为钻探的工具的机械设备。钻地弹主要由膛线、弹芯、尾翼等部分组成。其原理是利用弹头带有的高速动能，在弹芯的作用下能够扰动岩石和矿石，使其碎裂。弹头侵彻混凝土结构时，能量会通过周围的混凝土产生热效应，这会影响弹头在混凝土结构中的侵彻过程。
2.数值仿真方法
本文采用LS-DYNA软件进行动能钻地弹在混凝土结构中的侵彻过程数值仿真。具体仿真过程根据以下步骤进行：
（1）建立混凝土所在的有限元模型。
（2）设定材料力学性能参数。
（3）设定边界条件和初始条件。
（4）设定数值仿真参数。
（5）进行数值模拟。
3.建立混凝土有限元模型
本文采用直径38.6mm、长350mm的钻地弹进行数值仿真，钻进的混凝土结构为直径400mm、高300mm的圆柱混凝土结构。模型使用有限元方法建立，采用八节点等参单元建模，材料模型采用混凝土本构模型、Johnson-Cook断裂模型和温度多项式模型。模型总数为63900个节点，约140000个单元。
4.参数设定
（1）材料力学性能参数：混凝土采用线弹塑性模型，弹性模量为35GPa，泊松比为0.20，库仑摩尔库仑摩尔摩擦系数为0.55。弹芯采用钢材料模型，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，中性轴强度为1300MPa，失败应变为0.2。
（2）边界条件和初始条件：钻地弹入射角度为20度，入射速度为750m/s。模拟过程中，设一层混凝土保护面，初始温度设为25℃。
（3）数值仿真参数：CZM格式采用Tvergaard-Hutchinson模型。温度和应变率分别设为40℃和10^5/s。
5.数值模拟结果
数值模拟结果表明，在弹头和混凝土结构的交界面附近，存在最大温度的变化。此处的热效应将会影响混凝土结构的力学性能。根据模拟结果，我们可以制定相应的安全措施，以保证钻探安全和混凝土结构的完整性。
结论
本文使用LS-DYNA进行动能钻地弹在混凝土结构中的侵彻过程数值仿真。仿真结果表明，热效应对弹头在混凝土结构中的侵彻过程具有一定的影响。明确这些影响，能够有针对性地制定安全措施，以保证钻探和混凝土结构的安全。
参考文献
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