穿爆彈對靶板侵徹能力仿真

張筱媛，岳明凱，張文濤

（1.沈陽理工大學，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

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穿爆彈對靶板侵徹能力仿真

張筱媛1，2，岳明凱1，張文濤1

（1.沈陽理工大學，遼寧 沈陽110159；2.沈陽工業集團有限公司，遼寧 沈陽110116）

摘要：為研究在一定著角、著速下穿爆彈對靶板的侵徹能力情況，運用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進行建模，對穿爆彈侵徹過程進行數值模擬，再現了侵徹過程，對比仿真結果，得出一定著角、著速下穿爆彈穿透靶板的極限厚度為20 mm，為穿爆彈結構的設計提供了依據。

關鍵詞：穿爆彈；數值模擬；侵徹

與傳統動能穿甲彈不同，穿爆彈內部裝填有炸藥，依靠動能穿甲[1]，目標裝甲被穿透后，穿爆彈隨后進入目標內部，并利用彈丸的爆炸作用，彈丸殘體及靶板破片的直接撞擊作用，或由其引燃、引爆產生的二次效應，殺傷目標內的有生力量和各種設備[2-3]。為研究在侵徹過程中不產生跳彈或滑移等現象[4-6]，本文運用用ANSYS/LS-DYNA軟件對同一著角、著速下對不同厚度的靶板進行穿甲侵徹仿真，對其結果進行分析。

1　方案設計

為獲得某型穿爆彈在一定著角、著速下穿透靶板的極限厚度，本文共做了三組方案，對比分析對于不同厚度靶板的侵徹情況。靶厚分別為15 mm、20 mm、25 mm，著角均為30°，著速為400 m/s，靶板強度極限為1 200 MPa.各個模型的基本參數如表1所示。

表1　各個模型的基本參數

2　模型建立

穿爆彈由彈體、彈帶、風帽、炸藥、引信組成。彈丸三維計算模型如圖1所示。

圖1　三維彈丸模型

彈體材料本構模型選取Johnson-Cook模型，其數學表達式為：

3　結果分析

對3種方案分別進行仿真，得到不同厚度彈丸穿靶圖，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2　15 mm厚靶板彈丸穿靶圖

圖3　20 mm厚靶板彈丸穿靶圖

圖4　25 mm厚靶板模型彈丸穿靶圖

從3種方案進行的侵徹模擬結果知，半穿甲彈成功穿透15 mm厚靶板和20 mm厚靶板，并且靶板被沖擊部位發生變形、塑性流動，靶板在彈體沖擊作用下產生隆起變形，當隆起部分拉應力超過材料拉伸強度時，彈體頭部穿透靶板，造成靶板花瓣型破壞，并且產生了一定數量的碎片。15 mm、20 mm靶板穿靶時間分別為188 μs和280 μs.

對于25 mm厚靶板模型，半穿甲彈未成功侵徹靶板，靶板厚度較厚，與前兩種模型相比具有更強抗擊能力。靶板經彈丸撞擊后僅產生一些變形，在撞擊的方向發生了凹陷，沒有產生裂紋和其他破壞。由于靶板的反作用，彈丸沿著靶板產生滑移，并且彈頭部發生了較大的變形，彈體也因為受力過大發生了變形。

圖5、6、7為3種方案的彈丸速度圖，從圖中可以直觀地看到彈丸在計算結束時間的剩余速度越來越小，分別約為300 m/s、220 m/s、120 m/s，所以靶板厚度對穿靶后剩余速度有著很大的影響，厚度越厚，剩余速度越小。

圖5　15 mm厚度靶板彈體速度

圖6　20 mm厚度靶板彈體速度

圖7 25 mm厚靶板模型彈丸速度圖

圖8、9、10通過對三種不同靶厚的侵徹模擬結果可以確定靶板的厚度對于彈丸頭部變形、彈頭所受應力、靶板破壞效果、穿靶后的剩余速度和穿靶時間等都有一定的影響。隨著靶板厚度的增加，抗侵徹能力增強，彈丸侵徹靶板的能力就會降低，彈丸侵徹靶板所需要的時間變長。

圖8　15 mm厚靶板模型炸藥應力圖

圖9　20 mm厚靶板模型炸藥應力圖

圖10　25 mm厚靶板模型炸藥應力圖

由此推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應在20 mm ~25 mm之間，為進一步探索彈丸對靶板的侵徹能力，建立22 mm靶板侵徹模型并進行仿真計算，結果如圖11所示。

圖11　22 mm厚靶板模型彈丸穿靶圖

由圖11知，彈丸未成功侵徹靶板，因此可以推斷出彈丸穿透靶板的極限厚度為20 mm.

4　結束語

本文共做了三組方案，對比分析對于不同厚度靶板的侵徹情況。靶厚分別為15 mm、20 mm、25 mm，著角均為30°，著速為400 m/s.靶板強度極限為1 200 MPa.推斷彈丸穿透靶板的極限厚度應在20 mm~25 mm之間，為進一步探索彈丸對靶板的侵徹能力，建立22 mm靶板侵徹模型并進行仿真計算。

彈丸未能有效地貫穿25 mm厚的靶板，并且其余兩種模型的彈丸穿靶剩余速度均在200 m/s以上，說明該穿爆彈在400 m/s以上的著速情況下對20 mm以下厚度靶板同樣具有貫穿的破壞作用，彈丸穿透靶板的極限穿透厚度為20 mm.為半穿甲彈結構的設計及戰術技術指標要求的確定提供了依據。

參考文獻：

[1]盧芳云，李翔宇，林玉亮.戰斗部結構與原理[M].北京：科學出版社，2009.

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[4]范志鋒.子母式穿甲彈技術研究[D].南京：南京理工大學，2002.

[5]李金泉.穿甲侵徹機理及絕熱剪切帶特性研究[D].南京：南京理大學，2005.

[6]隋樹元，王樹山.終點效應學[M].北京：國防工業出版社，2000.

中圖分類號:TJ410.31；O385

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0068-03

收稿日期：2016-01-09

作者簡介：張筱媛（1984-），女，山西晉中人，碩士研究生，從事武器系統實驗技術研究。

Simulation of Armor-piercing Explosive Projectile of Penetration Ability to Target Board

ZHANG You-yuan1，2，YUE Ming-kai1，ZHANG Wen-tao1
（1.Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China；2.Liaoshen Industries Group Co.Ltd，Shenyang 110116，China）

Abstract:In order to research to a certain Angle，the speed of armor-piercing explosive projectile penetration ability to target board，using ANSYS/ls-dyna finite element software modeling，armor-piercing explosive projectile penetration process in numerical simulation，comparing the simulation results，it is concluded that a certain angle，the speed of the armor-piercing explosive projectile penetrating the target plate thickness limit of 20 mm，provides a basis for half of armor-piercing shell structure design

Key words:armor-piercing explosive projectile；numerical simulation；penetration