预控破片形成过程的数值模拟与分析

2oo9年2月 沈 第28卷第l期’IRANSACr兀ONS 阳理工大学学报 OFSHENYANGUGONGUNIVERSI’IY V01．28 No．1 Feb．2 0 O 9 文章编号：l∞3一125l12009)0l一0037一04 预控破片形成过程的数值模拟与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 厉相宝1，杨云川1，倪庆杰2 (1．沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110168；2．沈阳东基集团有限公司) 摘 要：为了获得预控破片战斗部破片的飞散规律，利用ANSYs／LS．DYNA有限元软件对某 榴弹壳体膨胀和破片破碎过程进行数值模拟，得到破片初速和飞散方向角沿弹轴曲线分布， 与破碎性试验回收破片的统计结果和经验公式都基本一致，这说明模型简化及计算参数的 正确性． 关键词：预控破片；破片初速；Ls·DYNA；数值模拟 中图分类号：TJ410．3+3 文献标识码：A NumericalSimulatiOnandAmlysisofthe FOmati蚰ofPre-fbmedFmgments UXiang-ba01，YANGYun．chuanl，NIQing-jie2 (1．呐alIgⅡ90nguniv啪i哆，sheny蛆gllOl68，chi腿；2．sheny矾gDon西iG∞upLimitedcompany) Abst髓ct：InordertogettIlefiagmentsscatteringmleofpre—fbrmedfhgments，tllenumericalsim- ulationof80meHEsheUexpanding蛐dfhgmentsc11lshingprocessisperfo珊edb鹊edonAN— SYS／LS—DYNAfiniteelementsoftw钔℃．Acco耐inglythefhg口entsinitialvelocityandscattering direction肌dewhichdistributesal鲫gtlleHEshella)【isaregained．Thegainedresult8areb鹊i- callyinacco耐withthestatisticalresultsofrecoveryf}agmentsinc11lshingexperimentsandempir- icalfo瑚ulaandconsequenⅡyillustratetIleaccuracyofmodelsimplificationandcalculationpa- rametel晦． Keywords：pre·fo彻edfhgments；fhgmentsinitialvelocity；LS—DYNA；numericalsimulation 预控破片又称为半预制破片，是通过特殊的 技术措施控制或引导壳体的破碎，从而控制所形 成破片的大小，常用的预控技术有壳体刻槽、装药 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明刻槽、壳体区域脆化、圆环叠加点焊等．破片 初速、飞散方向角是衡量弹丸性能的重要参数，关 于预制破片的研制工作，目前国内主要采用理论 分析和试验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究战斗部爆炸过程，也有一些 学者尝试应用动态有限元方法进行数值模拟，如 收稿日期：2008一lO—12 作者简介：厉相宝(198I一)，男，硕士研究生．通讯作者：杨云川 (196l一)，男，教授，研究方向：现代远程弹药应用技 术． 北京理工大学魏继锋、焦清介、吴成等人研究了预 制破片战斗部破片的初速及飞散情况⋯．随着计 算机的飞速发展，非线性结构动力仿真分析方面 的研究工作和工程应用取得了很大的发展，20世 纪90年代中后期，通用显示动力分析程序LS-DY- NA引入中国，在相关的工程领域中迅速得到广泛 应用，运用ANSYS／LS．DYNA有限元软件旧。对某 刻槽式预控破片杀伤战斗部的爆炸过程进行数值 模拟和分析研究，将仿真结果与试验对比，并结合 理论验证，结果基本一致．研究表明，数值模拟方 法可作为破片式战斗部优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的有效工具． 万方数据 ·38· 沈阳理工大学学报 2009年 1仿真计算模型 1．1有限元计算模型 ’图l为某刻槽式预控破片杀伤战斗部，它由 58SiMn钢壳、A-Ix．II炸药、刻槽的钨环预控破片、 30CrMnsi钢套筒和硬铝引信组成． 图l 刻梧式预控破片战斗邵计算模型 战斗部的实体结构往往比较复杂，在进行有 限元数值模拟时进行了简化，忽略引信和弹带部 分．刻槽的钨环采用的是U型刻槽，刻槽的深度为 其厚度的1／2，整个钨环(如图3所示)是由如图2 所示的32个半环通过硅胶粘接叠加而成的16个 整环组成，每个半环被分成30等分，整个战斗部 有960块预控破片，整个预控破片钨环外面被套 筒固定．由于战斗部是轴对称结构，为节省计算时 间，建模时采用战斗部的l／4模型，图4为计算时 整个钨环的1／4网格，采用拉格朗日算法，单位为 cm‘g。“s· 1．2单元类型与材料模型 该战斗部主要有五部分：弹壳、炸药、预控破 片、套筒和引信．弹壳、套筒和预控破片均采用 SHELLl63薄壳单元类型，材料模型选择Johnson- C00k塑性模型和Gruneisen状态方程口J，该状态 方程用压力与体积的关系来定义． I p。c4[1+(1一孚)p一知2]l—————————专——±—了～ 舻1[1．(．s·-1)肛_S：南“，若可]2 h产+(yo+矿)E膨胀材料肛<1 其中：c为傩一妒曲线的截距；S。、S：、S3为似印 曲线的斜率系数；％为Gruneisen的常数；a为帕 和肛=卫一1的一阶体积修正量．Gmneisen状态方 P0 程具体参数见表l，壳体、套筒和预控破片材料的 主要参数见表2． 图2刻槽的钨环 图3整个钨环 图4整个钨环的l“网格图 +(帕+叩)E压缩材料p>l (1) 表1 G咖eis蛐状态方程参数 C SI S2 53 a y0 O．394 1．49 O O 0．47 2．02 表2壳体、套简和预控破片参数 材料 p／(gcm。)E／G_Pap 矿。／MPac／GPa 壳体 7．83 210 O．3 l 000 79 套筒 7．80 205 O．3 882 75 预控破片 18．3 356 O．25 l 592 142 万方数据 第l期 厉相宝等：预控破片形成过程的数值模拟与分析 ·39· 炸药采用SOLIDl64实体单元，材料模型选择 高能炸药材料和JwL状态方程‘31．该方程的p．y 关系如下 p=Ⅲ一南)e_V州l一参)e-恐y+等 其中，y为相对体积，‰为初始内能密度，具体参 数见表3鸭 (2) 衰3炸药参数 引信采用SOuDl64实体单元，材料模型选择 Pl船ticKinematic．具体参数见表4． 表4引信参数 炸药-壳体之间采用滑移接触算法，引信．壳体 之间采用固连接触算法，其余均是自动面面接触． 采用炸药弹头部起爆，50炉后炸药爆炸基本完毕， 此时移除炸药PART和与炸药相关的接触，计算 总时间为200炉． 2数值模拟结果及分析 从仿真结果可以清晰地看出，在30炉时弹壳 开始破裂，到80陴时已全部破裂，圆柱部破片小、 密集而且速度大，弹头部和弹尾部破片较大而且 速度相对较小，弹壳主要是沿纵向撕裂，整个战斗 部爆炸所形成的破片在200肛s时，空间的分布情 况如图5所示．破片形成的数值仿真过程与实际 情况基本一致． 示．图7为破片速度沿弹轴分布曲线，其中轴向坐 标从157mm到221姗为预控破片的速度，其它为 壳体自然破片的速度． 1■∞ 图6弹头部起爆部分预控破片速度-时间曲线 i 4∞ 一12∞ 1lo∞ ≤ ∞o 蜊 ∞0 霎伽 镶 2∞ 0 0 l∞2∞∞0伽 轴向坐标／m啊 图7弹头郡起爆时破片速度沿弹轴分布曲线 从图6、图7可以看出，在爆炸50¨s后，预控 破片速度趋于稳定，其最大值为l095．1rn／s，预 控破片的平均速度为l002．5In／8．在图7中可以 明确地看出：(1)刻槽的预控破片钨环两端的速 度要略高于中间的速度；(2)在轴向坐标为23咖 处(即根部)和380mm处节点速度出现了比较大 的速度差． 图5 2舶灿时战斗部爆炸所形成的破片空间分布图 破片初速方向沿弹轴分布曲线如图8所示， 重点分析刻槽的预控破片的飞散情况及其规 从图中可以看出，整个弹底破片几乎沿弹轴向外 律．用Ls—PREPOST后处理软件选取部分典型的飞出，因为弹底根部有应力集中，破片较大．弹头 预控破片节点速度，绘出速度时间曲线，如图6所 部应力集中较小，破片飞散效果相对好一蝗．中间 ■皇oo一■>芑—薯_；●正 万方数据 ·40· 沈阳理工大学学报 2009年 ：色大多数破片都是在83。到98。之间，而预控破片 的飞散方向是85．9。到95．2。，这说明破片在飞散 后，飞行方向一致性比较好，打击集度大，对目标 的毁伤作用更为集中． O 100 200 300 400 轴向坐标，mm 图8破片初速方向沿弹轴分布曲线 3理论计算与验证 对于圆柱形壳体，破片的平均初速可以根据 格尼(Gumey)公式进行计算，这是一种最简单的 计算方法‘5I． ％=湎仨焉 ㈩ 其中：以E=o．52+o．28D。，D。为炸药的爆速；p ，’ =茜，是炸药和壳体的质量比． 』H 将爆速D。=7900n∥8，口=O．24代人公式 (3)中，计算得到∥。=1024—n／s，比模拟值高 2．14％，得到的结果有一点出入．由于格尼公式是 采用了一些假定推导出来的，比如炸药爆轰后，产 物气体均匀膨胀，且密度处处相等．实际上，炸药 (上接第36页) [7]RiekerTP，clarkNA．smectic-c”chevron”，apl剐协rliquid- crystaldef曲t：implicati∞sfhthesurf如e-stabili∞dfermelec试c liqIlidcrys“g∞m叼[J]．Phy8．&v．A．，1988，37(3)：1053一 1056． [8]xuJ，K“hmIU，Kobaya8hiS．Phe∞mnol晒caImalysisin 铀ricalingdef＆t-freef印砌ec试cliqllidcryglaldi8playBwinlC一 反应区附近的气体密度显然较高．炸药的化学能 不仅转换成为动能．而且还转换成热能、光能等． 未考虑弹体材料和弹型，而实际上，弹体材料和弹 型对破片初速的影响是比较大的，所以得到的计 算结果有一点出入属于正常． 4 结束语 通过模拟计算及结果分析表明，在合理简化 模型材料参数的情况下，数值仿真结果和试验结 果具有较好的一致性，而且可获得一些用试验的 方法难以得到的数据结果，比如通过仿真可以得 到各个破片的速度加速度值，为确定破片在目标 区域的散布范围和散布密度奠定了基础．同时获 得壳体各点的应力应变值等，给弹丸结构设计及 优化提供了依据，让战斗部发挥更大的毁伤威力． 参考文献： [1]魏继锋，焦清介，吴成．预制破片战斗部试验与数值模拟研究 [J]．弹箭与制导学报，2004，(3)：39．41． [2]时党勇，李裕春，张胜民．基于ANsYS／LS—DYNA8．1进行显 示动力分析[M]．北京：清华大学出版社，2005． [3]尚晓江，苏建宇．基于ANsYs／Ls—DYNA动力分析方法与工 程实例[M]．北京：中国水利水电出版社，2005． [4]于川，李良忠，黄毅民．含铝炸药爆轰产物唧L状态方程研究 [J]．爆炸与冲击，1997，(3)：274．279． [5]魏惠之，朱鹤松．弹丸设计理论[M]．北京：国防工业出版社， 2000． (责任编辑：赵丽琴) l orc-2∞怕nTIstale[J]．JpnJApplPIlyB，200l。40(7)：4626· 4630． [9]Ya鲫fumil，Hiden“A．PIlol02aIi伊m曲tcon呐l0fLc种dit8 印plic砒ionstoLcDf曲rication[c]∥．sPlE，1998，3297． (责任编辑：赵丽琴) 如∞如加∞∞∞如加o ．／接慢忙罄P止肇 万方数据