药型罩结构对线型聚能装药侵彻性能影响的仿真研究.pdf
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1、第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:基金项目:山西省基础研究计划()山西省高等学校科技创新项目()作者简介:王晓东()男硕士研究生:.通信作者:徐永杰()男博士副教授:.:./.药型罩结构对线型聚能装药侵彻性能影响的仿真研究王晓东徐永杰郑娜娜王 昊(.中北大学 机电工程学院 太原 .重庆红宇精密工业集团有限公司 重庆.陆军装备部驻北京地区军事代表局驻长治地区军事代表室 山西 长治)摘要:为研究药型罩结构对线型聚能装药的影响采用有限元软件 对不同截顶高度的锥顶、平顶与圆顶结构的线型聚能装药侵彻 钢靶板的过程进行了仿真分析 结果表明:不同结构的线型药型罩对线型
2、聚能装药射流的成形与侵彻性能造成较大影响平顶结构线型聚能装药在截顶高度为 时有最优侵彻性能较锥顶结构最大侵彻深度提升.圆顶结构线型聚能装药在截顶高位为 时有最优侵彻性能较锥顶结构最大侵彻深度提升.关键词:线型聚能装药药型罩聚能装药有限元侵彻性能本文引用格式:王晓东徐永杰郑娜娜等.药型罩结构对线型聚能装药侵彻性能影响的仿真研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:.:引言线型聚能装药在起爆后金属药型罩在爆轰波的作用下形成一条高温、高压、高能量密度的刀片状金属射流对目标进行切割故又称之为聚能切割器 目前线型聚能装药在军事、工业、矿业等爆破工程领域
3、有着广泛的应用前景针对线型聚能装药结构国内外专家学者对线型聚能装药进行了很多研究 等通过线型聚能装药切割 板的试验证明数值模拟能较好的表现断裂模式 陈宁等通过试验与数值模拟相结合的方法讨论了使用膨化硝铵炸药时线性聚能装药参数对侵彻深度的影响 王锋等对不同锥角线型聚能装药侵彻钢靶的过程进行数值模拟得到一种最佳装药结构并通过试验对结果进行了验证 张强等讨论了切割器射流头部动能与半锥角之间的关系并对切割钢靶的过程数值模拟确定半锥角为 时切割器具有最佳的切割性能 等通过实验与数值模拟研究了辅助截顶结构的线型聚能装药的侵彻性能 关荣等设计了一种截顶线性药型罩加矩形辅助药型罩的新型线型聚能装药结构通过数值
4、模拟的方法对比新结构与传统结构的射流特性表明新型结构线型聚能射流的速度更高形态更加细长质量利用率较高 武双章等通过正交优化的方法对双角度组合楔形罩线型聚能装药的结构参数进行优化通过数值模拟各个方案得到最佳的参数组合 刘波等对平顶、圆顶、尖顶 种锥顶结构的聚能装药战斗部进行数值模拟并讨论了 种锥顶结构对射流的影响 杨乐等设计了一种新型柱 锥结合的线型药型罩对射流形成及切割过程进行数值模拟其头部速度及侵彻性能相对锥形线型药型罩分别提高了约.及.相对圆弧顶线型药型罩分别提高了约.及.苟瑞君和易建坤等通过试验及数值模拟的方法讨论了起爆方式对线型聚能装药成形及侵彻能力的影响因此本研究中通过 软件对锥顶、
5、平顶与圆顶 种罩顶结构及不同截顶高度的线型聚能装药的射流成形和侵彻过程进行数值模拟研究药型罩结构参数对射流成形及侵彻性能的影响为线型聚能装药设计提供相关参考 模型建立.物理模型线型聚能装药结构如图 所示其中装药宽度 装药高度 装药长度 起爆方式为顶部中心线起爆 种罩顶结构的线型聚能装药的药型罩如图 所示线型药型罩的锥角 壁厚为 为截顶高度图 线型聚能装药结构示意图.图 药型罩结构图.有限元模型建立有限元模型通过 软件绘制六面体单元网格利用 软件进行计算对涉及材料大变形的空气、炸药与药型罩采用 算法靶板采用 算法射流与靶板间利用 关键字实现 种算法的耦合因线型聚能射流侵彻钢靶有限元模型具有对称性
6、为提高计算效率建立/有限元模型 有限元模型如图 所示图 有限元模型.材料参数靶板材料为 钢采用 本构方程描述材料参数如表 所示药型罩材料为高导无氧铜采用 本构方程和 状态方程描述材料参数如表 所示装药为 炸药采用 状态方程描述材料参数如表 所示表 钢材料参数 名称/()/钢.王晓东等:药型罩结构对线型聚能装药侵彻性能影响的仿真研究表 高导无氧铜材料参数 名称/()/.名称/.表 炸药材料参数 名称/()/().名称/.仿真方案设计与验证根据罩顶结构及截顶高度设计数值方案其中、分别代表锥顶、平顶、圆顶结构数字即截顶高度表 仿真方案设计 方案罩顶结构截顶高度/方案罩顶结构截顶高度/锥顶圆顶平顶圆顶
7、平顶圆顶平顶圆顶平顶圆顶平顶 为提升仿真的可信性与准确性验证网格无关性 建立方案 不同网格尺寸的模型通过对比侵彻深度以减小网格尺寸带来的影响 综合考量计算结果与时长采用.边长的六面体网格如图 所示图 网格尺寸与侵彻深度.与此同时在网格尺寸及材料参数不变的情况下对文献中线型聚能射流切割钢靶的试验进行复现以验证计算准确性试验及有限元模型如图 所示图 试验与有限元模型.经计算得到靶板侵彻结果如图 所示 与文献中的试验结果进行对比如表 所示计算结果与试验结果基本一致因此本文的仿真模拟结果具有一定的准确性图 靶板侵彻计算结果.表 仿真结果与试验结果 试验次数侵彻深度仿真结果误差/.数值模拟.典型工况线型
8、射流产生与侵彻性能在本研究中以锥顶及截顶高度为 的平顶、圆顶结构线型聚能装药为例进行分析 线型聚能装药在起爆后爆轰波以球面波的形式在装药内部进行传播在装药高度方向药型罩顶部最先受爆轰波的作用由顶部至底部逐渐压垮在装药长度方向药型罩两端受到滑移爆轰波的作用射流在成形过程中将会产生偏角使得射流宽度有所增加兵 器 装 备 工 程 学 报:/./种罩顶结构的线型聚能装药的射流成形过程如图 所示爆轰波于起爆 后开始作用于药型罩经 后爆轰波完全作用射流在形成速度上并无显著差别均在 形成线型聚能射流 锥顶结构线型药型罩形成速度梯度较大充分拉长的射流平顶结构线型药型罩在爆轰波的作用下首先作用于平顶部分压垮过程
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