張筱媛，岳明凱，張文濤

（1.沈陽理工大學，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

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穿爆彈對靶板侵徹能力仿真

張筱媛1，2，岳明凱1，張文濤1

（1.沈陽理工大學，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

摘要：為研究在一定著角、著速下穿爆彈對靶板的侵徹能力情況，運用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進行建模，對穿爆彈侵徹過程進行數(shù)值模擬，再現(xiàn)了侵徹過程，對比仿真結(jié)果，得出一定著角、著速下穿爆彈穿透靶板的極限厚度為20 mm，為穿爆彈結(jié)構(gòu)的設計提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：穿爆彈；數(shù)值模擬；侵徹

與傳統(tǒng)動能穿甲彈不同，穿爆彈內(nèi)部裝填有炸藥，依靠動能穿甲[1]，目標裝甲被穿透后，穿爆彈隨后進入目標內(nèi)部，并利用彈丸的爆炸作用，彈丸殘體及靶板破片的直接撞擊作用，或由其引燃、引爆產(chǎn)生的二次效應，殺傷目標內(nèi)的有生力量和各種設備[2-3]。為研究在侵徹過程中不產(chǎn)生跳彈或滑移等現(xiàn)象[4-6]，本文運用用ANSYS/LS-DYNA軟件對同一著角、著速下對不同厚度的靶板進行穿甲侵徹仿真，對其結(jié)果進行分析。

1　方案設計

為獲得某型穿爆彈在一定著角、著速下穿透靶板的極限厚度，本文共做了三組方案，對比分析對于不同厚度靶板的侵徹情況。靶厚分別為15 mm、20 mm、25 mm，著角均為30°，著速為400 m/s，靶板強度極限為1 200 MPa.各個模型的基本參數(shù)如表1所示。

表1　各個模型的基本參數(shù)

2　模型建立

穿爆彈由彈體、彈帶、風帽、炸藥、引信組成。彈丸三維計算模型如圖1所示。

圖1　三維彈丸模型

彈體材料本構(gòu)模型選取Johnson-Cook模型，其數(shù)學表達式為：

3　結(jié)果分析

對3種方案分別進行仿真，得到不同厚度彈丸穿靶圖，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2　15 mm厚靶板彈丸穿靶圖

圖3　20 mm厚靶板彈丸穿靶圖

圖4　25 mm厚靶板模型彈丸穿靶圖

從3種方案進行的侵徹模擬結(jié)果知，半穿甲彈成功穿透15 mm厚靶板和20 mm厚靶板，并且靶板被沖擊部位發(fā)生變形、塑性流動，靶板在彈體沖擊作用下產(chǎn)生隆起變形，當隆起部分拉應力超過材料拉伸強度時，彈體頭部穿透靶板，造成靶板花瓣型破壞，并且產(chǎn)生了一定數(shù)量的碎片。15 mm、20 mm靶板穿靶時間分別為188 μs和280 μs.

對于25 mm厚靶板模型，半穿甲彈未成功侵徹靶板，靶板厚度較厚，與前兩種模型相比具有更強抗擊能力。靶板經(jīng)彈丸撞擊后僅產(chǎn)生一些變形，在撞擊的方向發(fā)生了凹陷，沒有產(chǎn)生裂紋和其他破壞。由于靶板的反作用，彈丸沿著靶板產(chǎn)生滑移，并且彈頭部發(fā)生了較大的變形，彈體也因為受力過大發(fā)生了變形。

圖5、6、7為3種方案的彈丸速度圖，從圖中可以直觀地看到彈丸在計算結(jié)束時間的剩余速度越來越小，分別約為300 m/s、220 m/s、120 m/s，所以靶板厚度對穿靶后剩余速度有著很大的影響，厚度越厚，剩余速度越小。

圖5　15 mm厚度靶板彈體速度

圖6　20 mm厚度靶板彈體速度

圖7 25 mm厚靶板模型彈丸速度圖

圖8、9、10通過對三種不同靶厚的侵徹模擬結(jié)果可以確定靶板的厚度對于彈丸頭部變形、彈頭所受應力、靶板破壞效果、穿靶后的剩余速度和穿靶時間等都有一定的影響。隨著靶板厚度的增加，抗侵徹能力增強，彈丸侵徹靶板的能力就會降低，彈丸侵徹靶板所需要的時間變長。

圖8　15 mm厚靶板模型炸藥應力圖

圖9　20 mm厚靶板模型炸藥應力圖

圖10　25 mm厚靶板模型炸藥應力圖

由此推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應在20 mm ~25 mm之間，為進一步探索彈丸對靶板的侵徹能力，建立22 mm靶板侵徹模型并進行仿真計算，結(jié)果如圖11所示。

圖11　22 mm厚靶板模型彈丸穿靶圖

由圖11知，彈丸未成功侵徹靶板，因此可以推斷出彈丸穿透靶板的極限厚度為20 mm.

4　結(jié)束語

本文共做了三組方案，對比分析對于不同厚度靶板的侵徹情況。靶厚分別為15 mm、20 mm、25 mm，著角均為30°，著速為400 m/s.靶板強度極限為1 200 MPa.推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應在20 mm~25 mm之間，為進一步探索彈丸對靶板的侵徹能力，建立22 mm靶板侵徹模型并進行仿真計算。

彈丸未能有效地貫穿25 mm厚的靶板，并且其余兩種模型的彈丸穿靶剩余速度均在200 m/s以上，說明該穿爆彈在400 m/s以上的著速情況下對20 mm以下厚度靶板同樣具有貫穿的破壞作用，彈丸穿透靶板的極限穿透厚度為20 mm.為半穿甲彈結(jié)構(gòu)的設計及戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求的確定提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]盧芳云，李翔宇，林玉亮.戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)與原理[M].北京：科學出版社，2009.

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[6]隋樹元，王樹山.終點效應學[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.

中圖分類號:TJ410.31；O385

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0068-03

收稿日期：2016-01-09

作者簡介：張筱媛（1984-），女，山西晉中人，碩士研究生，從事武器系統(tǒng)實驗技術(shù)研究。

Simulation of Armor-piercing Explosive Projectile of Penetration Ability to Target Board

ZHANG You-yuan1，2，YUE Ming-kai1，ZHANG Wen-tao1
（1.Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China；2.Liaoshen Industries Group Co.Ltd，Shenyang 110116，China）

Abstract:In order to research to a certain Angle，the speed of armor-piercing explosive projectile penetration ability to target board，using ANSYS/ls-dyna finite element software modeling，armor-piercing explosive projectile penetration process in numerical simulation，comparing the simulation results，it is concluded that a certain angle，the speed of the armor-piercing explosive projectile penetrating the target plate thickness limit of 20 mm，provides a basis for half of armor-piercing shell structure design

Key words:armor-piercing explosive projectile；numerical simulation；penetration