基于ANSYS／LS-DYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟

数 值 模 拟 中材 料 及 参 数 均 与 上 述 试 验 的相
同， 由于 结构 的对 称 性 ，采 用 １ ／ ２纵 截面 结构 建
模 。假设起 爆 方式 为棱 上 同时起爆 ，在 计 算 中， 设置 多个起 爆 点 ，这 些 点 同时起爆 ，以实现 棱上
的流 入量 减少 ，射流 头 部的速 度逐 渐递 减 。
线 型聚 能 装 药（Ｓ ） Ｌ Ｃ 也称 平 面对 称 型 聚 能装 药 ，药型 罩呈楔 形 。炸药爆 炸 后 ，高温 高压 的爆 轰产 物 向装 药 空穴表 面法 线方 向迅速传 播 ，由于 空穴 的缘故 ，产 物 向轴线集 聚 并形成 一股 高速高 压 的气流 ， 以高达几 十万 大气压 的压 力作 用于药
Ｉ 理 论 分析 与试 验 研 究
根 据Ｂ ｒ ａ妇 亭 的定常理 论 ， ｉｄｏ 曙 人 ｌ 当爆 轰波 冲击 楔 形药 型罩 时 ，假 定药 型罩 整个 罩壁受 到 的压力 处处相 等 ，且 以不变 的速度 向内压 合 。由于爆 轰 波从 罩顶 到罩表 面 需要一 定 的时间 ，所 以运 动
型罩 ，将其 压垮 。而 后 向对 称轴 闭合运 动 ，并在
对称轴发生高速碰撞，药型罩内壁附近 的金属在 对称平 面上 挤 出一块 向着装 药底 部高速 运动 片状 金属射 流 。当射 流与 靶板作 用 时 ，迫使 靶板 表面 压力 突然达 到几 百万 大气压 。在 高压作 用下 ，靶
板表面 介质 被排 开 ， 向侧面 积堆 积 。线 型聚 能装 药正 是依据 这种 片状 的“ 能刀” 聚 ，实现 对靶板 的 切割 。通过 数值 模拟 和试验 两种 方法相 互验 证和 指导来研 究 线型 聚能切 割器 切割靶 板 ，合理地 建 立切割 器模 型 ，应用Ａ ＹＳＬ ． ＮＡ３ ＮＳ ／ＳＤＹ Ｄ软件 对 其 进行 数值模 拟 。
３ ５
¨
通过 对 比 ，证 明 了模拟 的可靠性 和 正确性 。上述
误差 可 能是 由于 参数和 状 态方程 的选 择 ，多 点起
爆代 替线起 爆 的起爆 方式 ， 网格划 分等几 个 原因 。
３ 模拟结果分析
当炸 药起爆 后 ，爆 轰波 同时 沿纵 向和 横 向迅 速 传播 ，对 药 型罩和 外 壳产 生压 力 ，将 药 型罩压 垮 。药 型罩 在爆 轰波 的作 用 下加速 运动 ，在 对称
机电技术
２ｌ年ｌ 月 ０１ Ｏ
基 于 Ａ Ｓ ／ ＳＤ Ｎ Ｎ ＹＳＬ ． Ｙ Ａ聚能射流侵彻靶板 的数值模拟
杜学 良 候红 霄
（ 中北 大 学 化 工 与环 境 学 院 ， 山西 太 原 ｏ ｏ ５） ３ ｏ Ｊ
摘
要 ：： 利用Ａ ＹＳＬ ． Ｙ ＮＳ ／ＳＤ ＮＡ有限元大型工程分析软件 ，对某军用战 斗部线型聚能装药切割器进行聚 能装药射
图３ 线 性 聚 能 装 药 的基 本 结 构 与 参 数
平 面发 生碰 撞 ，形成 高速 的金 属射 流和 速度 相对
Ｉ ． 橡皮护套 ；２切割索；３靶板 ． ．
较低 的杵 。随着 药 型罩被 持续 压垮 ，射 流质 量和
能量 不 断流入 ， 流 头部也 不 断加速 直至最 大 【。 射 ４ Ｊ 由于 杵和 射流 头 部 的速 度 不 同，射 流在运 动 过程 逐渐 拉伸 并产 生 断流 。之 后 随着 射 流质 量和 能量
ｐ ［ ，）２ （－￣ ］ ／
— 一
（ １ ）
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的特 点 ，其 结构 尺寸 如 图３ 示 。单 位 ：ｍｌ。 所 ｌ ｌ
ｓｎ ｉ
作者 简介 ：杜学 １（９７ ） ￣ １８ － ，男，在 读研 究生 ，研究方 向：兵器 安全工 程 。
第 ５期
杜学 良 等Biblioteka Baidu基于 Ａ ＹＳＬ ． Ｙ ＮＳ ／ ＳＤ ＮＡ聚能射流侵彻靶板 的数值模拟
流形成、侵彻靶板过程的数值仿真 ，得到与试验结果相近 的聚 能射 流形成和侵彻 的物理现象和规律 ，侵彻深度误差为
８７ ％，验证了该模型和数值算法的合理性 。在战斗部的设计 中有一定借鉴意义 。 ．４ 关键词 ：线型聚能装 药；Ｌ ． ＮＡ ＳＤＹ 程序；数值模拟
中图分 类号 ：Ｔ ３ １ Ｔ ４ ０３３ 文献标志码：Ａ 文章编号 ：１ ７ ．８ １ Ｏ １０ ．３ ．３ Ｐ ９． Ｊ１． ３ ７ ６ ２４ ０（ ｌ）５０ ４０ ２
的罩壁之间的夹角 ２ ｐ大于原始顶角 ２ ａ。图ｌ 表 示压合 过程 的几何 图形 。楔 形药 型罩是 对称 的 ，
所 以 表示 楔项 角的一 半 ， 表 示压合 角 。 经 过推 到计算可 知 ：药 型罩 的压合速 度 平
图２ 切 割 试 验 装 配 图
对７ 。 Ｏ罩顶角的切割器进行了三次试验， 得到 侵 彻深度 分别 为６１ ｌ ． ． ｍｉ，６０ ｍｍ和 ６ ３蚴 ， ５ ｌ ２ ． ２ 取三次的平均侵彻深度为６ ３ ｉ。 ． ３ ｎ １ ｒ ａ
本算例 中 ，聚 能射 流 的形成 及侵 彻靶 板在 不 同 时刻 的物 理 图像如 图４ 示 ， 同节 点的纵 向速 所 不 度 变 化 图见 图５ 。
同时起爆的 目的Ｉ。考虑到实际情况，线性切割 引
分 图１ 的 中 弦 定理得 出：
ｖ ｃｏ ｓ ｏ
： —
—
—
，被压 合 的罩 壁从 楔 的两面 向 运 动到Ｂ 。应用 正
２ 数值模拟及模拟结果
采用 与上述 试验 相 同材 料 与参数 的线 型聚 能 切 割器 为模 型 ，该模 型 具有体 积小 、切割 效果好
内运动 ，两 面的碰 撞点 以
图 １ 压 合 过 程 的几 何 图形
Ｂｒｈ 嘴 人 的定 常 理 论 可用 来 预 测 楔形 药 ｉ ｏ ｋ
型 罩形成 稳态射 流和杵 的速 度和质量 【。 ｌ Ｊ
在试验 中，采取如 图２ 的装 配方法 ， 罩顶 角 为 ７ 。 药型罩和 外壳采 用铅锑 合金 ， 板采用 ５ ６ ０。 靶 Ａ０ 铝 合金 ，起 爆方 式为棱 上 同时起爆 。