不同外罩材料双层药型罩射流成型研究

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中国设备工程 2020.03 （上）为了提高小口径破甲弹的威力，美国提出了分离式装药的概念[1]；鲁修国[2]等研究了双层罩外罩材料及罩间距在F 装药结构中对射流特性的影响。

沈慧铭
[3]
等发现变壁厚双层
药型罩形成的侵彻体可以提高战斗部的侵彻能力。

滕桃居
[4]
等将数据仿真和试验仿真两种方法进行结合应用研究，对不同的材料双层药型罩EFP 的成型和侵彻性能进行系统的研究。

王哲
[5]
等以微元爆轰驱动及碰撞理论为基础，搭建了双层药
型罩串联EFP 速度分析模型。

针对现有环形装药结构存在的两点不足，一是对舱适应性较差，舱中的设备会使射流造成大量消耗，影响终点威力；二是舱的存在相当于增加了炸高，在作用过程中射流被充分拉伸，极易断裂，造成侵彻能力不稳定。

考虑建立双层药型罩结构，研究不同药型罩外罩材料对射流成形性能的影响。

1 数值模拟方案及有限元模型1.1 模型建立
为了开展不同外罩材料双层药性罩射流成型研究，文中搭建了相应的计算模型，首先，假设空气、炸药、药型罩和装药壳体均为连续介质及整个爆炸过程为绝热过程。

并根据需要，将装药高度设计为120mm，其最大外径为520mm。

1.2 料模型与状态方程
炸药选用B 炸药，RDX 和TNT 混合比为3比2，文中采用MHEB 模型和E-J
状态方程开展相应的计算。

式中：p 为爆轰压力，E 为炸药比内能，υ为相对比容。

内层药型罩选用紫铜，外层药型罩选用2024T-351硬铝、钨以及某型硬质钢，均采用M-S 材料模型和E-G 状态方程。

在选材上，壳体采用高强度钢30CrMnSiNi2A，材料呈应变硬化规律；钢板选用舰船用某型钢，环形射流切割过程中钢靶材料应变率高，在这样高应变率情况下，材料的力学性能与准静态情况有较大的差异。

对于多介质ALE 算法而言，还需建立覆盖整个射流形成、炸药爆轰范围的空气网格，并在边界节点上施加压力流出边界条件，避免压力在边界上的反射。

2 双层药型罩射流形成过程
内层紫铜药型罩经历了类似单层紫铜罩的变化过程：药
不同外罩材料双层药型罩射流成型研究
陆志毅1，苏卿1，李大超1，刘宏杰2
（1.海装驻上海地区第十军事代表室，上海 200241；2.海军潜艇学院，山东 青岛 266044）
摘要：环形聚能装药结构中，单层罩射流容易偏斜和飞散，不利于射流拉伸成型，最终影响射流的侵彻性能，双层罩射流中外罩材料形成的杵状物对内层射流起包覆作用，使得内层射流不易发生偏斜。

为了研究双层药型罩形成的环形射流成型性能，设计三种不同材料组合的双层药型罩，即钢-紫铜、铝-紫铜和钨-紫铜，使用LS-DYNA 有限元仿真软件开展相应的数值模拟研究。

数值计算结果表明，外罩为铝罩的双层药型罩形成的射流具有良好的拉伸成型性能，较高的头部速度同时不易断裂。

最终发现，具有合适结构和外罩材料的双层药型罩形成的环形射流侵彻性能优于单层罩射流。

关键词：复合药型罩;聚能装药;环形射流;侵彻;数值模拟
中图分类号：TJ410.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）03（上）-0231-03
型罩压垮，射流形成、拉伸和断裂，外层罩在爆轰产物作用下向药型罩轴线处挤压。

当t=18μs 时，内层紫铜罩在爆轰波作用下迅速挤压，在轴线处汇聚，初步形成射流头部，外层钢罩在爆轰波作用下发生挤压变形；t=30μs 时，内层紫铜罩压垮变形程度很大，顶端部分向轴线处汇聚，内层紫铜罩底端有部分区域被外层钢罩挤压而发生断裂，同时，外层钢罩底部区域形成的杵状物在爆轰波作用下也出现了断裂现象；t=45μs 时，内层紫铜射流进一步拉伸成型，堆积射流在外层钢杵状物挤压作用下开始出现脱落现象；t=63μs 时，内层紫铜射流开始断裂。

3 不同外罩材料对双层射流成型的影响分析3.1 外罩材料为钢
首先，选择阻抗和紫铜近似的钢作为外层药型罩。

选取典型时刻钢-铜罩压垮变形和射流成型的过程，研究外层钢杵状物和内层紫铜射流轴向（y 方向）速度V y 和垂直于药型罩轴线方向（r 方向）V r ，通过查看典型时刻外层杵状物向轴线处挤压汇聚的能力判别其对紫铜射流的影响，选取不同时刻杵状物经过的8个节点，杵状物节点序号排列方式为从钢罩顶端到靠近底端部分依次为1～8，研究其微元垂直于
药型罩中心线方向上的速度。

图1 钢-杵状物r 方向速度分析
爆轰波开始作用到外层钢罩时，在爆轰波超压作用下，外层钢罩迅速变形，向轴线处挤压汇聚，从图1不同时刻节点r 方向速度变化曲线中可以看出：t=18μs 时，外层钢罩
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研究与探索Research and Exploration ·理论研究与实践
中国设备工程 2020.03 (上)
中间部分受爆轰波作用最明显，节点4处的微元r 方向速度最大，为812m/s，而钢罩底端区域节点8处的微元由于爆轰波扰动作用不明显，向轴线处几乎没有发生汇聚现象，没有足够的径向速度，无法向轴线处运动。

t=42μs 时，杵状物节点1～4处微元r 方向速度不再增加，而底端部分微元在顶端微元带动下，开始向轴线处汇聚。

随着杵状物继续拉伸变形和汇聚，底端部分微元r 方向速度不再增加。

t=84μs 时，不同节点速度值趋于相同，杵状物不再向轴线处汇聚。

由此可知，装药爆轰后，外层钢罩在爆轰波作用下从初始位置向药型罩轴线处汇聚需要一定的时间，另外，离罩顶越远的位
置需要的时间越多。

图2 钢-杵状物y 方向速度分析
钢罩阻抗和紫铜近似相等，冲击波反射现象不明显，如图2分析杵状物y 方向速度时可以将外层钢罩近似看成紫铜罩，研究目标等同为增加单层紫铜罩的壁厚，炸药装药量一定时，炸药起爆后的能量是一定的，作用到药型罩表面的能量也是一定的，随着药型罩壁厚的增加，药型罩微元获得的能量逐渐减少，压垮速度减小。

药型罩材料参与形成射流的比例由罩顶到罩底呈逐渐增大的趋势，如图3
所示。

图3 药型罩材料形成射流的区域由此可以得出，药型罩上端部分的外部微元大部分压垮速度低，无法形成高速杵状物，从杵状物不同时刻节点Y 向速度变化曲线中可以看出：外层罩顶部微元压垮速度比底部微元压垮速度低。

对于环形射流，很有必要研究射流微元垂直于中心线方向上的速度，即r 方向速度。

同样选取不同时刻射流经过的8个节点，射流节点序号排列方式为从药型罩顶端到靠近底端部分依次为1～8。

3.2 外罩材料为铝
外罩为铝罩时，其阻抗小于内层紫铜罩，冲击波经外层
铝罩作用后，透射到内层紫铜罩，使得作用到内层紫铜罩的压力增大，从而内层紫铜罩压垮速度增加。

内层紫铜药型罩同样经历了类似单层紫铜罩的变化过程：药型罩压垮，射流形成、拉伸和断裂，外层罩在爆轰产物作用下向药型罩轴线处挤压，由于铝密度低，屈服强度小
于紫铜，使得压垮变形所需炸药能量小于紫铜罩。

图4 不同时刻紫铜射流节点r 方向速度变化曲线
从图4中可以看出，t=63μs 时，射流经过的节点r 方向速度变化不大。

t=84μs 时，较63μs 时明显降低，射流经过节点的r 方向速度不再增加。

从不同时刻射流经过的节
点r 方向速度变化曲线中可以得知：随着射流继续拉伸成型，射流r 方向速度不再增加。

3.3 外罩材料为钨
外罩为钨罩时，其阻抗大于内层紫铜罩，冲击波经外层钨罩作用后，透射到内层紫铜罩的冲击波强度变弱，使得作用到
内层紫铜罩的压力减小，从而使内层紫铜罩压垮速度降低。

图5 不同时刻钨-杵状物节点r 方向速度变化曲线图
图5所示，钨罩中间部分受爆轰波挤压作用最明显，t=18μs 时，节点3，4，5处的微元r 方向速度最大，分别为618 m/s，624m/s，615m/s，而钨罩底端区域节点8处的微元由于爆轰波扰动作用不明显，来不及向轴线处汇聚，无法向轴线处运动。

当t=42μs 时，外层钨罩顶端部分受挤压变形程度很小，杵状物节点1～4处微元r 方向速度不再增加，而底端部分微元在顶端微元带动下，开始向轴线处汇聚。

钨罩底部微元由于速度差而出现断裂现象。

t=54μs 时，钨罩上端部分r 方向速度不再增加，下端部分（对应节点5-8）r 方向速度继续增大，t=63μs
时，对应速度为负值是因为选
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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2020.03 （上）根据地铁车辆设计规范，地铁车辆修程可分为日常检修和定期维修，日常检修包括日（列）检、双周（月）检、三月检、年检，定期维修包括架修、大修(厂修)。

由于地铁车辆是由许多子系统和子部件构成的一个庞大的运动系统，在运营初期，由于各个部件和各个系统之间存在磨合期，因此，在初期会出现比较高的故障率；而过了一定的磨合期后，故障率会逐渐下降并趋于平稳；但是，随着时间的推移和公里数的积累，车辆的一些零部件由于磨损、老化、蠕变等原因导致其性能下降，可靠性也随之降低，此时，故障率又会重新上升，甚至造成安全隐患。

而定期维修则是将车辆大部分部件解体检修的过程，目的是恢复车辆的性能，提升车辆的运行质量，所以，定期维修是车辆全寿命周期中必不可少的一个重要环节。

在车辆全寿命的定期维修中，第一次的架修筹划尤为关键。

它基本上决定了车辆全寿命的维修方式，也很大程度地影响了车辆全寿命的状态。

要保证架修工作有条不紊的进行的决定因素则是充足的物资筹备。

“巧妇难为无米之炊”，没有工具，没有备件，没有耗材，就无法出色地完成工作。

对于地铁车辆架修而言，物资筹备是放在第一位的。

要顺利完成物资筹备工作，则宜运用科学和信息化相结合的方法，为地铁车辆架修制定出合理的物资筹备方案，才能使现场维修工作与物资供应紧密结合，保证架修工作的连续性。

浅析地铁车辆架修物资筹备
陈虎
（无锡地铁集团运营分公司，江苏 无锡 214000）
摘要：本文对地铁车辆架修物资筹备的目的和重要性进行了阐述，同时，分析了国内地铁架修物资筹备的现状，并总结了存在的问题，有针对性地提出了地铁车辆架修物资筹备的几点可行性建议。

关键词：地铁车辆；架修；物资筹备
中图分类号：U279 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）03（上）-0233-02
1 地铁车辆架修物资筹备的目的
架修筹备的物资包括设备、周转件、必换件、检换件、工器具、耗材等，这些物资分布于架修现场工作的各个环节，并与现场工作紧密相连。

因此，筹备物资就是为了使架修工作能够顺利并且高效地完成，确保车辆的及时供应和质量，这也就保证了列车的安全平稳运行。

2 地铁车辆架修物资筹备的重要性
地铁车辆任何修程都离不开物资筹备，而架修在这一点上体现得尤为明显。

以下将从3个方面说明物资筹备在架修中的重要性：
（1）修程方面：不同修程所需的物资的量是不同的，越是大的修程，所需的物资数量也就越多，种类也越复杂，物资筹备的重要性就更为突出。

而架修是地铁车辆中较大的修程，因此，物资筹备就尤为重要，它对架修能否顺利完成有着重要影响。

（2）费用方面：架修项目费用中，除去项目咨询费用、土建改造费用以及一些部件的委外费用，其余的费用都可以归为物资筹备费用。

一般情况下，物资筹备在整个架修项目费用中所占的比例为50%以上，费用数目庞大。

因此，物资筹备是架修筹备中的重中之重。

（3）架修连续性方面：架修是车辆行驶了5年或者600000万公里的时候进行的定期维修。

但架修工作持续时间较长，一般需要1个月左右，因此，所有的车并不都能在额定的公里数时就可以进行架修。

所以国内地铁都会制定一个
取节点是杵状物左侧部分，其运动方向和右侧杵状物方向相反。

随着杵状物继续拉伸变形、汇聚，底端部分微元r 方向速度不再增加。

4 结语
环形聚能装药结构中，单层紫铜罩表面放置其他金属罩时，双层罩紫铜射流成型和侵彻性能较单层紫铜罩射流有较大变化，主要体现在以下几个方面：
（1）外罩材料对射流成型及侵彻能力有很大影响，当外层罩为硬质钢或者大密度的金属钨时，外层金属材料耗费大部分能量，使得作用到内层紫铜罩上的爆轰波能量很有限，紫铜射流不易拉伸成型。

（2）外层罩为阻抗、声速比紫铜大的铝罩时，外层铝杵状物能经过充分拉伸，紫铜射流尾部在后端杵状物的包覆
作用下，不易发生偏斜，有利于进一步提高侵彻性能。

参考文献：
[1]赵国志，张远法（编译）. 战术导弹战斗部毁伤作用机理[M].南京：南京理工大学，2002: 203-204.
[2]鲁修国, 梁增友. F 装药双层药型罩射流性能的数值研究[J]. 弹箭与制导学报, 2010, 30(6):118-121.
[3]沈慧铭, 李文彬, 王晓鸣等. 变壁厚双层药型罩壁厚匹配的数值计算与实验验证[J]. 火炸药学报, 2015(3):45-48.[4]滕桃居, 陈磊, 石祥. 不同材料双层药型罩EFP 成型及侵彻性能数值模拟[J]. 弹箭与制导学报, 2014, 34(5) :113-116.[5]王哲
, 蒋建伟, 王树有等. 双层药型罩形成的串联爆炸成型弹丸速度计算模型.兵工学报[J], 2017, 38(7):1301-1306.。