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        穿爆彈對(duì)靶板侵徹能力仿真

        2016-07-26 10:13:17張?bào)沔?/span>岳明凱張文濤
        裝備制造技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬

        張?bào)沔?,岳明凱,張文濤

        (1.沈陽(yáng)理工大學(xué),遼寧 沈陽(yáng)110159;2.沈陽(yáng)工業(yè)集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽(yáng)110116)

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        穿爆彈對(duì)靶板侵徹能力仿真

        張?bào)沔?,2,岳明凱1,張文濤1

        (1.沈陽(yáng)理工大學(xué),遼寧 沈陽(yáng)110159;2.沈陽(yáng)工業(yè)集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽(yáng)110116)

        摘要:為研究在一定著角、著速下穿爆彈對(duì)靶板的侵徹能力情況,運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進(jìn)行建模,對(duì)穿爆彈侵徹過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,再現(xiàn)了侵徹過(guò)程,對(duì)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(shè)計(jì)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(dòng)能穿甲彈不同,穿爆彈內(nèi)部裝填有炸藥,依靠動(dòng)能穿甲[1],目標(biāo)裝甲被穿透后,穿爆彈隨后進(jìn)入目標(biāo)內(nèi)部,并利用彈丸的爆炸作用,彈丸殘?bào)w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(yīng),殺傷目標(biāo)內(nèi)的有生力量和各種設(shè)備[2-3]。為研究在侵徹過(guò)程中不產(chǎn)生跳彈或滑移等現(xiàn)象[4-6],本文運(yùn)用用ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)同一著角、著速下對(duì)不同厚度的靶板進(jìn)行穿甲侵徹仿真,對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。

        1 方案設(shè)計(jì)

        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(duì)比分析對(duì)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(qiáng)度極限為1 200 MPa.各個(gè)模型的基本參數(shù)如表1所示。

        表1 各個(gè)模型的基本參數(shù)

        2 模型建立

        穿爆彈由彈體、彈帶、風(fēng)帽、炸藥、引信組成。彈丸三維計(jì)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(xué)表達(dá)式為:

        3 結(jié)果分析

        對(duì)3種方案分別進(jìn)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(jìn)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(dòng),靶板在彈體沖擊作用下產(chǎn)生隆起變形,當(dāng)隆起部分拉應(yīng)力超過(guò)材料拉伸強(qiáng)度時(shí),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(shí)間分別為188 μs和280 μs.

        對(duì)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(qiáng)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(méi)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?yàn)槭芰^(guò)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(jì)算結(jié)束時(shí)間的剩余速度越來(lái)越小,分別約為300 m/s、220 m/s、120 m/s,所以靶板厚度對(duì)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(guò)對(duì)三種不同靶厚的侵徹模擬結(jié)果可以確定靶板的厚度對(duì)于彈丸頭部變形、彈頭所受應(yīng)力、靶板破壞效果、穿靶后的剩余速度和穿靶時(shí)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(qiáng),彈丸侵徹靶板的能力就會(huì)降低,彈丸侵徹靶板所需要的時(shí)間變長(zhǎng)。

        圖8 15 mm厚靶板模型炸藥應(yīng)力圖

        圖9 20 mm厚靶板模型炸藥應(yīng)力圖

        圖10 25 mm厚靶板模型炸藥應(yīng)力圖

        由此推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應(yīng)在20 mm ~25 mm之間,為進(jìn)一步探索彈丸對(duì)靶板的侵徹能力,建立22 mm靶板侵徹模型并進(jìn)行仿真計(jì)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(yǔ)

        本文共做了三組方案,對(duì)比分析對(duì)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(qiáng)度極限為1 200 MPa.推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應(yīng)在20 mm~25 mm之間,為進(jìn)一步探索彈丸對(duì)靶板的侵徹能力,建立22 mm靶板侵徹模型并進(jìn)行仿真計(jì)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(shuō)明該穿爆彈在400 m/s以上的著速情況下對(duì)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(shè)計(jì)及戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求的確定提供了依據(jù)。

        參考文獻(xiàn):

        [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(xué)出版社,2009.

        [2]楊云斌,盧永剛,周巖.半穿甲戰(zhàn)斗部CAD系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2007,5(2):28-33.

        [3]李向東,錢(qián)建平,曹兵.彈藥概論[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004.

        [4]范志鋒.子母式穿甲彈技術(shù)研究[D].南京:南京理工大學(xué),2002.

        [5]李金泉.穿甲侵徹機(jī)理及絕熱剪切帶特性研究[D].南京:南京理大學(xué),2005.

        [6]隋樹(shù)元,王樹(shù)山.終點(diǎn)效應(yīng)學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000.

        中圖分類號(hào):TJ410.31;O385

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1672-545X(2016)04-0068-03

        收稿日期:2016-01-09

        作者簡(jiǎn)介:張?bào)沔拢?984-),女,山西晉中人,碩士研究生,從事武器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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

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