长杆弹撞击靶板的应力分析
摘 要
破孔—随嵌串联战斗部是一种新型的串联战斗部，它由前级长杆弹和后级嵌入体组成，作用时前级长杆弹形成的聚能杆式侵彻体对靶板进行侵彻开孔，随后后级嵌入体依靠动能嵌入到开孔的靶板中，实现对目标的毁伤与封锁。本论文通过数值模拟研究不同材料属性长杆弹撞击金属靶板的响应和破坏，对长杆弹动态侵彻过程进行研究，得到其损伤破坏特征和规律。设计分析一下内容：
1、建立长杆刚弹撞击金属平板的有限元模型；
2、分析弹丸直径与靶板直径之比对靶板的抗弹性能的影响；
3、建立空心弹体撞击金属靶板的有限元模型；
4、分析相关参数对长杆弹侵彻性能的影响。
关键词：串联战斗部，长杆弹，聚能杆式侵彻体，嵌入体，预开孔靶板，断裂分析模型，数值模拟
Abstract
A new type of series warhead is a new type of series warhead, which consists of a front long rod projectile and a rear stage embedded body. The projectile formed by the projectile of the pre length rod projectile invades the target plate, and then the post stage embedded body relies on the kinetic energy to insert into the opening target plate, so as to achieve the damage and blockade of the target. In this paper, the response and failure of long rod projectiles with different material properties are studied by numerical simulation, and the dynamic penetration process of long rod projectiles is studied, and the characteristics and laws of damage and damage are obtained. Design and analyze the content:
1, establish the finite element model of long rod rigid projectile impacting metal plate.
2, the influence of projectile diameter and target diameter on the ballistic performance of target plate is analyzed.
3, establish the finite element model of hollow projectile impacting on metal target.
4, analyze the influence of relevant parameters on the penetration performance of long rod projectile.
Key words: tandem warhead, long rod projectile, shaped rod penetrator, embedded body, pre opening target plate, fracture analysis model, numerical simulation.
目 录
摘 要 I
Abstract III
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外串联战斗部研究现状及发展趋势 2
1.2.1 国外串联战斗部的研究现状 2
1.2.2 国内串联战斗部的研究现状 5
1.2.3 串联战斗部的发展趋势 5
1.3 本文的研究目的、方法和主要内容 7
1.4 本章小结 8
2 前级长杆弹对靶板的开孔机理研究 9
2.1 聚能杆式侵彻体对靶板的开孔过程分析 9
2.1.1 聚能杆式侵彻体的概念及特点 9
2.1.2 聚能杆式侵彻体对靶板的开孔过程分析 10
2.2 聚能杆式侵彻体对靶板开孔的数值模拟 11
2.2.1 ALE算法简介 11
2.2.2 仿真计算模型 12
2.2.3 数值模拟结果及分析 13
2.3 试验研究 15
2.3.1 试验方法 15
2.3.2 试验结果及分析 15
2.4 聚能杆式侵彻体影响因素分析 17
2.4.1 药型罩壁厚对聚能杆式侵彻体的影响 18
2.4.2 药型罩曲率半径对聚能杆式侵彻体的影响 22
2.5 本章小节 26
3 前级长杆弹对后级嵌入体的影响 28
3.1 串联战斗部作用过程仿真分析 28
3.1.1 仿真计算模型 28
3.1.2 串联战斗部垂直作用靶板过程分析 30
3.2 前级长杆弹爆轰场对后级嵌入体的影响 34
3.2.1 仿真计算模型 34
3.2.2 不同隔爆板厚度条件下前级对后级的影响 35
3.2.3 不同嵌入体初始速度条件下前级对后级的影响 36
3.2.4 前级长杆弹爆轰场对后级嵌入体姿态的影响 38
3.3 本章小节 40
4 后级嵌入体对预开孔靶板的嵌入过程研究 41
4.1 嵌入体嵌入预开孔靶板过程分析 41
4.1.1 仿真计算模型 41
4.1.1 嵌入体嵌入过程分析 42
4.2 影响嵌入体有效嵌入的因素分析 44
4.2.1 嵌入体初始速度对嵌入体有效嵌入的影响 44
4.2.2 靶板预开孔直径对嵌入体有效嵌入的影响 47
4.3 试验研究 50
4.3.1 试验设置 50
3.2.2 试验结果及分析 51
4.4 本章小结 53
5 长杆弹撞击靶板的应力分析 54
5.1 断裂分析模型的建立 54
5.1.1 基本假设 54
5.1.2 理论模型的建立 54
5.2 嵌入体动态断裂的数值仿真分析 56
5.2.1 不同材料嵌入体对预开孔靶板的嵌入 56
5.2.2 屈服应力对嵌入体嵌入的影响 58
5.2.3 切线模量对嵌入体嵌入的影响 58
5.3 试验研究 59
5.4 本章小结 61
6 结束语 62
6.1 主要工作与结论 62
6.2 本文的创新点 63
6.3 有待进一步研究的问题 64
致 谢 65
参考文献 66
附 录 70
1 绪论
1.1 引言
破孔—随嵌串联战斗部是一种新型的串联战斗部，该串联战斗部由前级长杆弹和后级嵌入体组成，作用时前级长杆弹形成的聚能杆式侵彻体对靶板进行侵彻开孔，随后后级嵌入体依靠动能嵌入到开孔的靶板中，实现对目标的毁伤与封锁。传统的串联战斗部包括：破—爆式、破—破式、穿—破式串联战斗部，此外还有破—穿式、穿—爆式、多级串联战斗部以及多用途串联战斗部[5] 。本文以破孔—随嵌串联战斗部为研究对象，该串联战斗部有别于传统的串联战斗部，前级为长杆弹，后级为动能嵌入体，可广泛用于机场、高速公路、港口和舰船等重要价值目标的封锁与毁伤。
破孔—随嵌串联战斗部前级为长杆弹，引爆后产生高速的聚能杆式侵彻体对靶板进行侵彻开孔，主要是利用了成型装药的聚能效应。前级长杆弹从底部引爆后，爆轰波不断向前传播，爆轰波的压力冲量使药型罩近似地沿其法线方向依次向轴线塑性流动，其速度可达1000 m/s～3000 m/s，药型罩随之依次在轴线上闭合[2] ，形成聚能杆式侵彻体。此时，金属虽然仍是固态的，但强大的动能使它的运动方式近似于液态[3] 。当高温、高压、高速的聚能杆式侵彻体撞击到靶板时，聚能杆式侵彻体强大的动能逼迫靶板材料向四周流动，打开一条通道，同时，聚能杆式侵彻体的前部不断向四周扩散使孔径扩大，最后穿透靶板形成破孔。聚能杆式侵彻体对靶板的侵彻开孔过程就好像一个高速的穿甲弹对靶板的侵彻过程，随着弹丸向前运动，靶板材料沿着弹丸表面扩孔而被挤向四周，靶板上的穿孔逐渐扩大，同时产生径向裂纹，并逐步向外扩展，最后穿透靶板，在靶板上形成破孔[4] 。
