某穿燃战斗部爆炸分散仿真分析.doc

某穿燃战斗部爆炸分散仿真分析 1 前言穿爆燃战斗部可对敌方阵地的轻型装甲、步兵战车、弹药和油料运输车辆等的油箱进行穿甲并燃烧其油料，毁伤敌战斗装备，同时还可以杀伤敌人员；其设计难点主要在于如何使炸药与穿燃破片具有最优的配比，从而提高破片的速度和优化破片的形状，使其能够取得更佳的穿甲和引燃效果。本文使用LS-DYNA软件建立穿燃战斗部的仿真模型，合理定义各种单元类型、材料属性，采用流固耦合算法，对其作用情况进行模拟，模拟结果为初期设计提供了重要的依据。2 仿真分析 2.1 几何模型描述爆炸分散战斗部由炸药、钨锆合金柱、壳体组成，其结构图如图1所示。图1 爆炸分散战斗部结构图 为选取炸药与穿燃破片最好的配比，我们进行了四个方案仿真，以进行对比。表1为四个方案的炸药与穿燃破片参数对比表。表1 四方案炸药与穿燃破片参数对比表2.2 有限元模型由于几何模型不复杂，用 Ansys建模较快，且容易实现共面和网格划分的操作。该模型中空气、炸药采用 ALE算法，钨锆合金柱、壳体对空气、炸药采用流固耦合。模型中全部划分为六面体网格，使空气和炸药共面。并定义钨锆合金柱的自接触和钨锆合金柱对壳体的侵蚀接触。2.3 材料模型及状态方程2.3.1 弹性材料模型由于钨锆合金柱的密度较大、强度高，为便于分析，将钨锆合金柱设置为弹性体。其参数见表2。本文中未注明的单位均采用cm、g、us制。表2 钨锆合金柱的材料参数 2.3.2 弹塑性材料模型壳体采用弹塑性材料模型，材料屈服模型选用 Johnson-Cook。其应力 /应变本构关系如下： 式中：Y为动态屈服应力；p 为有效塑性应变；为有效塑性应变率；0为参考应变率；T为温度；Tm为熔化温度；A为静态屈服应力；B为硬化参数；n为硬化指数；C为应变率参数；m为温度指数。该模型考虑了温度、应变率和应变等因素，形式简单，具有清晰的物理解释，同时参数较少，并较容易获取，适宜于描述金属材料从低应变率到高应变率下的动态行为。壳体的材料为铝。表3为壳体的材料参数。表3 壳体的材料参数2.3.3 空气和炸药材料空气材料模型采用 NULL材料模型，炸药采用 HIGH-EXPLOSIVE-BURN材料模型。空气材料参数只需密度，本文空气密度取 0.00125。炸药材料为 JH-2，表 4为炸药的材料参数。表4 炸药的材料参数 2.3.4 状态方程钨锆合金柱采用弹性材料模型，不需状态方程。壳体采用 GRUNEISEN状态方程，炸药采用JWL方程，空气采用LINEAR-POLYNOMIAL方程。2.4 仿真结果与传统计算结果对比20s时刻的仿真结果图2为。 图2 20s时刻仿真结果图通过对四个方案分别进行仿真计算，求得各方案钨锆合金柱的初速。同时我们通过传统理论对钨锆合金柱的初速进行计算，并对两种方法求得的结果进行了对比，对比结果见表5。表5 仿真结果与传统理论计算结果对比从表中可以看出仿真结果和传统理论计算结果的偏差在35之间，吻合较好。3 结论本文利用 ANSYS软件的LS-DYNA模