多層靶板結(jié)構(gòu)對穿甲影響的模擬仿真研究

宋萬成

（海軍駐沈陽彈藥專業(yè)代表室，遼寧 沈陽110045）

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多層靶板結(jié)構(gòu)對穿甲影響的模擬仿真研究

宋萬成

（海軍駐沈陽彈藥專業(yè)代表室，遼寧 沈陽110045）

摘要：為探索穿甲爆破彈戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)對裝甲靶板的破壞機理及侵徹效果的影響因素，基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，以靶板的層數(shù)參數(shù)為仿真變量，建立半穿甲彈及靶板模型，進行數(shù)值模擬，再現(xiàn)了侵徹過程。通過仿真計算，得到了在靶板總厚度相同條件下，靶板層數(shù)越多，抗侵徹能力越差這一結(jié)論，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)。

關(guān)鍵詞：半穿甲彈；侵徹；ANSYS/LS-DYNA；數(shù)值模擬

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是多兵種聯(lián)合體系化作戰(zhàn)，信息化和機械化程度高，具有推進速度快、防護能力強等特點[1]。戰(zhàn)場上的自行火炮、步兵戰(zhàn)車、裝甲運送車等半硬目標迅速增加，其防護能力相當于厚度在15~60 mm之間的裝甲鋼板[2-3]。穿甲爆破彈是一種具有一定穿甲能力，又具有一定爆破威力的戰(zhàn)斗部。在穿甲過程中，必須既能穿透一定厚度的目標，而自身功能又不受到破壞[4-5]。本文針對穿甲爆破彈侵徹不同層數(shù)靶板進行模擬仿真，為穿甲爆破彈結(jié)構(gòu)的設計及戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求的確定提供了可靠依據(jù)。

1　侵徹模型的建立

1.1方案設計

為探索穿甲爆破彈戰(zhàn)斗部對裝甲靶板的破壞機理及侵徹效果的影響因素，設計了3種方案。3種方案中靶板總厚度相同，層數(shù)不同，靶板總厚為15 mm，方案1和方案2、3的靶板層數(shù)分別為1、2、3，單層靶厚分別為15 mm、7.5 mm、5 mm，著角均為0°，著速為900 m/s，靶板強度極限為1000 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)

1.2定義材料屬性

在建立計算模型時，彈體采*MAT_JOHNSON_COOK材料模型，其材料參數(shù)見表2所示；炸藥采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC塑性體材料模型，材料參數(shù)見表3所示；靶板同樣采用*MAT_JOHNSON_COOK材料模型，材料參數(shù)見表4.表中參數(shù)ρ為密度，G為剪切模量，A為屈服應力常數(shù)，B為應變硬化常數(shù)，N為應變硬化指數(shù)應，C為變率相關(guān)系數(shù)，M為溫度相關(guān)指數(shù)，Tm為熔化溫度，Tr為室溫，Cv為比熱，ε0為參照應變率，E為彈性模量，PR為泊松比，SIGY為屈服應力，ETAN為接觸系數(shù)，BETA為硬化參數(shù)。

表2　彈體材料模型參數(shù)

表3　炸藥材料模型參數(shù)

表4　靶板材料模型參數(shù)

1.3侵徹有限元模型的建立

彈丸各部分零件網(wǎng)格模型劃分如圖1到圖3所示，彈丸整體網(wǎng)格模型劃分如圖4所示，靶板網(wǎng)格模型劃分如圖5所示。

圖1　彈體模型圖

圖2　炸藥模型圖

圖3　引信模型圖

圖4　彈丸整體模型圖

圖5　靶板模型圖

2　仿真計算結(jié)果分析

對3種方案分別進行仿真，圖6、9、12為方案1、2、3在t=0 μs、t=150 μs、t=300 μs以及t=400 μs四個時刻的應力云圖，圖7、10、13為3種方案的彈丸速度時程曲線，圖8、11、14為3種方案的炸藥應力時程曲線。

由圖6可以看到，彈丸侵徹靶板過程中，彈丸頭部發(fā)生了變形，靶板發(fā)生了花瓣形的破壞，并伴有少量碎片。

圖6　方案1彈丸侵徹靶板應力云圖

圖7　方案1彈丸速度時程曲線

圖8　方案1炸藥應力時程曲線

圖9　方案2彈丸侵徹靶板應力云圖

圖10　方案2彈丸速度時程曲線

圖11　方案2炸藥應力時程曲線

圖12　方案3彈丸侵徹靶板應力云圖

圖13　方案3彈丸速度時程曲線

圖14　方案3炸藥應力時程曲線

由圖7、圖10和圖13各模型的彈丸速度時程曲線，可以得到彈丸剩余速度如表5所示。

表5　彈丸剩余速度

根據(jù)圖6、圖9和圖12可以看到，三種模型的彈丸頭部變形及靶板的破壞效果基本相同，靶板均發(fā)生了花瓣式的破壞，且隨著靶板層數(shù)的增加，靶板變形越大。

根據(jù)表5可以得到，在靶板厚度相同的條件下，隨著靶板層數(shù)的增加，彈丸速度的損失越小，損失幅度分別為6.26%、6.04%、5.7%.可見隨著靶板層數(shù)的增加，裝甲的防護能力越差。

3　結(jié)束語

在靶板厚度相同的條件下，隨著靶板層數(shù)的增加，彈丸速度的損失越小，損失幅度分別為6.26%、6.04%、5.7%.可見隨著靶板層數(shù)的增加，裝甲的防護能力越差。

參考文獻：

[1]陳祥國.我國艦炮制導炮彈的發(fā)展思路[J].國防技術(shù)基礎，2005，（3）：16-18.

[2]崔晉，劉朝陽，王春林.彈體和彈芯對穿甲爆裂彈毀傷效果的影響[J].彈箭與制導學報，2011，31（2）：76-80.

[3]李靜海.半穿甲爆破型反艦導彈戰(zhàn)斗部毀傷效果分析[J].飛航導，2005，（7）：52-55.

[4]錢偉長.穿甲力學[M].北京：國防工業(yè)出版社，1984.

[5]Chang WS.Impact of solid missiles on concrete barriers[J]. Journal of Structural Engineering，1981，107（2）：257-280.

中圖分類號:TJ765

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0030-03

收稿日期：2016-01-18

作者簡介：宋萬成（1971-），男，遼寧普蘭店人，本科，高級工程師，從事彈箭仿真技術(shù)研究。

Simulation Research of the Influence on Armor-piercing Explosive Projectile of Multilayer Board Structure

SONG Wan-cheng
（Navy Representative office for Ammunition Production in Shenyang，Shenyang Liaoning 110159，China）

Abstract:In order to explore armor-piercing explosive projectile structure on the destruction mechanism of armored target plate and the influence factors of penetration effect，based on ANSYS/ls-dyna finite element analysis software，respectively by a target plate layers for the simulation parameters，such as the variables，set up armorpiercing explosive projectile and target plate model，numerical simulation，the penetration process.Is obtained by simulation calculation，the target plate thickness in the same condition，the target plate layers，the more the ability to resist penetration，the worse the conclusion.For armor-piercing explosive projectile structure design and provides the reliable basis for the confirmation of the tactical technique index requirements.

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