喇叭藥型罩壁厚對桿式射流成型影響的數(shù)值模擬

焦志剛，杜　寧，寇東偉

(沈陽理工大學　裝備工程學院，沈陽　110159)

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喇叭藥型罩壁厚對桿式射流成型影響的數(shù)值模擬

焦志剛，杜寧，寇東偉

(沈陽理工大學裝備工程學院，沈陽110159)

摘要：為了對比分析喇叭形藥型罩壁厚對桿式射流成型的影響，利用ANSYSY/LS-DYNA有限元分析軟件，在戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu)相同的條件下，改變喇叭形藥型罩的厚度；合理選擇藥型罩的厚度，有助于提高桿式射流的穩(wěn)定性及其侵徹性能。

關(guān)鍵詞：喇叭形藥型罩；數(shù)值模擬；桿式射流

桿式射流作為聚能侵徹體的一種，已經(jīng)得到了很大重視[1]，越來越多的人對此進行研究。其特點是與EFP一樣沒有明顯的桿體和射流之分，侵徹能力可以達到3～5 倍裝藥口徑[2]。與普通射流相比對炸高不敏感，藥型罩利用率高并且后效大。與EFP和穿甲彈相比，其飛行速度大、長度更長、斷面比動能更大、侵徹能力強[3]。

形成桿式射流的裝藥結(jié)構(gòu)主要是大錐角聚能裝藥，最早的是X-Charge[4]。國內(nèi)的研究主要有弧錐結(jié)合罩、亞半球罩、大錐角罩和球缺罩等[5]。目前對于喇叭型罩還沒有相關(guān)研究成果。本文根據(jù)桿式射流的形成理論，通過LS-DYNA對不同壁厚的喇叭型罩形成桿式射流進行模擬仿真。

1有限元數(shù)值計算方案

聚能裝藥的作用是一種多物質(zhì)相互作用的大變形運動，在金屬射流形成的過程中，隨著炸藥材料和藥型罩材料發(fā)生愈來愈烈的變形，計算網(wǎng)格畸變嚴重，最終導致計算無法進行，因此對于桿式射流成型全過程用Lagrange方法不能準確模擬[6]。故采用LS-DYNA970的多物質(zhì)ALE方法。還需要建立覆蓋射流范圍的空氣網(wǎng)格，并且在模型的邊界節(jié)點上施加壓力流出邊界條件，避免壓力在邊界上的反射[7]。

1.1材料模型選擇及參數(shù)選取

炸藥采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型、JWL狀態(tài)方程，參數(shù)見表1。藥型罩采用MAT_JOHNSON_COOK材料模型和GRUNEISEN狀態(tài)方程，參數(shù)見表2?？諝獠牧喜捎肕AT_NULL材料模型和EOS_LINEAR_POLYNOMIAL狀態(tài)方程，見表3。

表1　XMAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型、JWL狀態(tài)方程

表2　XMAT_JOHNSON_COOK材料模型和GRUNEISEN狀態(tài)方程

表3　X*MAT_NULL材料模型和EOS_LINEAR_

1.2模擬方案確定

采用的成型裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝藥口徑為100 mm。藥型罩設計為喇叭型，壁厚為h，裝藥為船尾型，裝藥高度為L。起爆方式為裝藥頂端中心單點起爆。分別對藥型罩厚度為0.03D、0.04D、0.05D、0.06D、0.07D等5種情況進行數(shù)值仿真分析。

圖1　X成型裝藥結(jié)構(gòu)

2仿真計算結(jié)果分析

2.1桿式射流成型對比分析

不同藥型罩壁厚，中心單點起爆后，桿式射流在160時的成型效果對比見圖2。

圖2　X桿式射流在160時的成型效果對比

從圖2可以看出桿式射流的長度先增大后減小，但由于0.3 cm時候的射流斷裂，所以小于0.4 cm的結(jié)構(gòu)不考慮。而隨著罩厚度的增大成型桿式射流長度逐漸減小，直徑變大，成型更穩(wěn)定。

2.2桿式射流不同時刻速度對比

桿式射流不同時刻速度對比見圖3。侵徹體不同時刻的頭尾速度差，如圖4。侵徹體不同時刻的長度，如圖5。

圖3　X桿式射流不同時刻速度對比

圖4　X侵徹體不同時刻的頭尾速度差

圖5　X侵徹體不同時刻的長度

通過圖3可以分析得出0.3 cm的結(jié)構(gòu)由于速度差太大，導致桿式射流出現(xiàn)斷裂，得出罩的厚度過于薄不適合形成桿式射流。排出0.4 cm以下的不考慮。隨著罩厚度的增加桿式射流的速度差逐漸增大，導致最終的成型速度逐漸減小并接近3 km/s。桿式侵徹體的長度隨厚度增加而減少。桿式射流速度雖然會隨著罩厚度的增大而減小，而且趨于穩(wěn)定，但增大罩厚度勢必影響戰(zhàn)斗部裝藥量，裝藥量的降低也會影響桿式射流的品質(zhì)及其侵徹性能。

3結(jié)論

喇叭形藥型罩的裝藥結(jié)構(gòu)隨著罩厚的增大，其速度逐漸減小，成型趨于良好。桿式射流的品質(zhì)也隨著藥型罩壁厚的增大而逐漸增大，但藥型罩厚度過大時，會影響戰(zhàn)斗部的裝藥量，最終也會影響桿式射流的成型品質(zhì)。

通過本文的仿真模型和數(shù)值模擬計算結(jié)果，分析得出船尾形裝藥的喇叭形藥型罩在壁厚為0.06D～0.07D時，形成的桿式射流效果較好，并且保持有較高的侵徹穩(wěn)定性。為以后對此類裝藥結(jié)構(gòu)的進一步研究提供基礎。

參考文獻：

[1]李偉兵,樊菲,王曉鳴,等.桿式射流與射流轉(zhuǎn)換的雙模戰(zhàn)斗部優(yōu)化設計[J].兵工學報，2013,34(12):1500-06.

[2]樊菲.實現(xiàn)桿流與射流轉(zhuǎn)換的研究[D].南京:南京理工大學,2012.

[3]張寶平,張慶明,黃風雷,等.爆轟物理學[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2006.

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

[5]王成.起爆方式對聚能射流性能影響的數(shù)值分析[J].北京理工大學學報，2006(5):401-404.

[6]吳晗玲,段卓平,汪永慶.桿式射流形成的數(shù)值模擬研究[J].爆炸與沖擊，2006,26(4):42-46.

[7]段卓平,張震宇.桿式射流形成的初步研究[J].彈箭與制導學報,2004,24(4):54-56.

[8]張明星，姜波，黃曉霞.聚能裝藥桿式射流的數(shù)值仿真 [J].四川兵工學報，2014(12):20-22.

(責任編輯楊繼森)

本文引用格式：焦志剛，杜寧，寇東偉.喇叭藥型罩壁厚對桿式射流成型影響的數(shù)值模擬[J].兵器裝備工程學報，2016(4):98-100.

Citation format:JIAO Zhi-gang，DU Ning，KOU Dong-wei.Numerical Simulation of Thickness Influence of Horn Liner Bar Type Rod-Like Jet[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(4):98-100.

Numerical Simulation of Thickness Influence of Horn Liner Bar Type Rod-Like Jet

JIAO Zhi-gang，DU Ning，KOU Dong-wei

(School of Equipment Engineering, Shenyang Ligong university, Shenyang 110159, China)

Abstract:In order to comparatively analyze the influence of the thickness of horn liner to bar type rod-like jet modeling process, the rod-like jet was analyzed by using the ANSYS/LS-DYNA finite element analysis software. We changed the thickness of the horn liner under the same conditions of shaped charge. Selecting the thickness of liner reasonably is helpful to improve the stability and penetration performance of rod-like jet.

Key words:horn liner; numerical simulation; rod-like jet

文章編號：1006-0707(2016)04-0098-03

中圖分類號：TJ5;O385

文獻標識碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.04.024

作者簡介：焦志剛(1963—)，男，教授，主要從事彈箭仿真技術(shù)研究。

收稿日期：2015-08-18；修回日期：2015-10-05

【化學工程與材料科學】