混凝土作为一种建筑材料被广泛使用在各种军事和民用建筑设施上,因此弹体侵彻混凝土靶体在工程防护上是一个重要研究课题。虽然已有很多试验和数值研究,但混凝土侵彻伴随着大变形、高压和高应变率,因此侵彻过程中仍有很多问题亟需解决,而且受限于经济条件和实验条件不能展开大量实验研究。如此背景下,数值计算就成为了一条经济且可靠研究途径。本文基于LS-DYNA数值研究了混凝土靶体动态球形和柱形空腔膨胀的机理,并建立了侵彻深度预测模型;采用AUTODYN研究了混凝土侵彻过程,并依此修正Forrestal模型中的开坑深度项。(1)介绍了几种当前使用最为广泛的侵彻深度预测模型。通过与其他经典模型的比较,结果表明考虑了尺寸效应的Forrestal模型对于不同尺寸的弹体和各种强度靶体的实验数据都能够较好吻合。(2)采用LS-DYNA对空腔膨胀过程进行了数值模拟研究。分析了空腔膨胀的影响因素,结果表明空腔界面压力与膨胀速度平方成正比,密度与膨胀速度平方成反比,且膨胀速度随抗压强度、压碎应力和压实应力的提高而降低;而空腔半径,及混凝土材料抗拉强度等与界面的膨胀速度基本无关。通过拟合球形和柱形界面速度到达稳定时对应的临界速度的计算公式,建立了空腔压力与界面膨胀速度的函数关系,并由此给出了侵彻深度的预测模型。与实验数据对比发现,对于较低的初始速度,基于柱形理论获得的预测结果大于基于球形理论获得的预测值,更接近实验数据;而对于较高的初始速度,基于球形理论获得的预测结果大于基于柱形理论获得的预测值,且更接近实验数据。(3)采用AUTODYN对混凝土侵彻响应机理进行了数值研究。结果表明弹头形状,靶体强度和冲击速度均对弹体的减加速度有显著影响,而且随着初始速度的增加,速度的效应越来越大。通过在靶体中心对称轴位置预置深坑,消除了因弹体嵌入导致的靶体前表面的运动,从而导其侵彻深度明显减小。随着侵彻速度的增加,开坑效应越来越小。结果表明弹头形状对开坑深度有明显影响,但靶体强度和侵彻速度则基本没有影响。基于数值模拟结果得到开坑深度计算模型可以在一定范围内提升侵彻深度计算的精确性。