ANSYS/LS-DYNA高速侵彻弹体质量损失数值仿真研究(2)

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3.1 引言 18

3.2 正侵彻数值模拟模型 18

3.3 数值计算结果分析 21

3.4 本章小结 27

4 高速弹斜侵彻混凝土靶板问题数值模拟 28

4.1 引言 28

4.2 数值计算模型及参数 28

4.3 数值计算结果分析 30

4.4 本章小结 37

结论 38

致谢 39

参考文献 40

1 绪论

1.1 引言

高速运动的弹体贯穿或者渗透到另外一种介质中时被称为侵彻。现在军事领域，防护工程研究领域中需要研究的一个重要课题就是弹丸侵彻目标。在现代战争中，导弹，侵彻炸弹，穿甲弹，动能穿甲弹炸弹的使用越来越广泛，在战争过程中的影响越来越大，具有重要的现实意义。由于深埋目标，更深层次的防御工事，穿透战斗部侵彻性能要求也越来越高。目前速度增加是增加弹头战斗部侵彻性能的主要技术方法。这篇论文侧重于较高的冲击速度(800m/s-1200m/s)下小口径弹体垂直及斜侵彻混凝土靶体响应，尤其对以质量侵蚀为特征的弹体质量演化过程及其对侵彻阻力的影响，采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行了研究。由于目前大部分防御工事是用混凝土打造的，所以对混凝土的侵彻问题正受到越来越多国家的关注。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 反深层目标整侵战斗部研究现状及发展趋势

1.2.2 弹体高速侵彻混凝土效应研究

（1）侵彻问题研究方法综述

弹体高速侵彻混凝土效应研究，主要从实验、理论和数值模拟三方面进行。直接弹道实验和小尺寸反/正弹道实验是目前最常采用的方法；空腔膨胀理论[1-3]、A-T模型、速度势理论、微分面力法、局部相互作用理论、Amini-Anderson模型、正交层理论等是常用的理论分析方法；而针对实验结果提出了有不同适用范围的经验或半经验公式。

高速运动的弹体侵彻混凝土时,弹体一般会发生形态变化，该改变不仅会影响弹体自身的结构,对侵彻分析也有重大作用。弹体侵彻靶体后发生形态改变,钱伟长等指出弹体可能会发生三种改变：完整，变形和破裂。弹体在侵彻混凝土过程中，弹体本身不仅会发生变形，还伴随着质量侵蚀，微裂纹及宏观裂纹，甚至碎裂。当一种高强度钢材料弹体侵彻低强度目标靶时（如高强度钢弹体侵彻混凝土时），随着弹体速度的提高至约800m/s后，弹体就会开始发生质量磨损。实际实验中发现，即使当一个低速的弹丸撞击混凝土时，仍然在弹体头部会发现侵蚀现象，只是在低速撞击时对弹体侵彻影响不大，且磨损很小几乎可以忽略，对侵彻的影响不大。因此对于尖卵形头部弹体撞击混凝土情况，弹体在低速条件下才可以被认为是保持绝对完整，随着速度增加，弹体磨损会越来越明显，对侵彻影响也越来越明显。

（2）弹体侵蚀侵彻实验研究

对于高速弹侵彻混凝土，国外最早是由Gerlach[4]和Shockey[5]在研究钨合金弹对钢靶和混凝土靶提到。Gerlach提出剩下的弹体有一部分是被侵蚀的，而弹体后端也包含被侵蚀的重金属颗粒，这表明是由侵蚀作用引起的。Shockey等发现钨合金头部发生了墩粗现象，指出在侵彻过程中，弹体头部多次在蘑菇形和铅笔头形之间变化。后来Forrestal[6-7]在研究弹体侵彻混凝土时发现弹体头部发生了质量损失。他首先进行了低速（200-800m/s）弹体侵彻混凝土实验，其次进行了高速（800-1200m/s）弹侵彻实验，并且在这两组实验中都发现了弹头部侵蚀现象，并且随着速度的提高侵蚀越明显，甚至发生弯曲和破碎。