穿爆彈對(duì)靶板侵徹能力仿真

張?bào)沔拢烂鲃P，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)。

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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