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基于环形切割器的串联战斗部隔爆材料的优选七台河

2020-06-03

近年来,王力伟等M人对环形聚能装药的串联战斗部原理进行了数值模拟和原理验证试验研究。宋之勇、王伟力、李永胜等H人通过对前级环形切割器的优化设计,在保证了环形射流对前级的毁伤效果前提下,基本消除了环形切割器中心侵彻体对后级战斗部的影响。

在不考虑环形聚能装药的串联战斗部两级间的隔爆情况下,前级装药爆炸会对后级随进战斗部产生重要的影响:前级装药爆炸后形成的空气冲击波超压、爆轰产物和破片对后级随进战斗部的作用,一方面可能损坏或引爆后级随进战斗部;另方面可能使后级随进战斗部的速度降低或姿态改变,从而使其不能顺利穿进由前级战斗部爆炸在目标上产生的孔洞内。因此,必须对环形聚能装药的串联战斗部前后两级间的隔爆结构进行研究4-.文中通过运用ANSYS/LS~DYNA进行了数值模拟,研究了不同材料结构的隔爆特性,优选出了隔爆效果最好的材料。

1串联战斗部结构模型和材料模型1.1串联战斗部结构模型模型由环形切割器的装药、药型罩、壳体、空气、后级随进战斗部和隔爆体6部分组成。为简化计算采用1/4模型,结构如。

分别选取了空气、硬质聚氨酯、泡沫铝、酚醛树脂以及钢板+泡沫铝及钢板+聚氨酯作为隔爆体进行了数值模拟。在隔爆材料与炸药之间预留空隙,起到定泄压作用。

环形切割器的装药、药型罩、空气和隔爆体采用Euler网格单元划分,在计算中单元使用多物质ALE算法;后级随进战斗部和环形切割器壳体采用La-grange网格单元划分。为保证计算的精确和可靠性,在空气域四周设置透射边界,以避免冲击波在空气域边界反射造成的误差。对于整个模型,在对称面上施表3聚氨酯的基本材料参数GPa硬质聚氨酯3202 5401.5701.0701表4泡沫铝的基本材料参数参数材料p/E/ GPa泡沫铝12001.20.3101.0701表5酚醛树脂的基本材料参数参数GruneisenEos材料pG/树脂1加对称约束,环形切割器装药起爆方式为顶端环形起爆。

1.2材料模型及主要参数炸药用B炸药,采用High-Explosive~Bum模型和WL状态方程描述;药型罩材料为紫铜,采用Steinberg材料模型和Gruneisen状态方程;壳体和后级随进战斗部为钢,采用hnson~cook材料模型和Grnnei-sen状态方程;空气米用Null材料模型和LinearPolynomial状态方程。主要参数见表1、表2M.状态方程用Gruneisen状态方程进行模拟。硬质聚氨酯的材料参数见表3. 1金属材料参数材料屈服强度/MPa杨氏模量/GPa紫铜钢表2装药参数材料爆压/GPa B炸药泡沫铝采用泡沫材料模型,其主要材料参数见表4.泡沫铝的本构关系需要输入材料的工程应力-应变曲线,其应力-应变曲线见酣醛树脂采用流体弹塑性模型,状态方程用Gruneisen状态方程进行模拟。酣醛树脂的材料参数2数值模拟结果及分析2.1空气隔爆给出了爆炸过程的数值模拟结果。

选取了弹头表面不同的位置单元,见,其时间逆力历程曲线如。

从可以看出:冲击波于44网左右作用到弹体表面,弹头顶部在100左右应力达到最大值,其中A、B、C关键点处应力值最大,达到1.26GPa,且均靠近弹头顶部。说明炸药爆炸后爆轰产物在中心汇聚后向后产生高压冲击波,对后级随进战斗部弹头造成一定破坏。弹头有被侵蚀痕迹,见。说明冲击波及爆轰波对后级战斗部有一定影响。2.2单层隔爆选取聚氨酯、泡沫铝和酣醛树脂作为隔爆材料。

给出了爆炸过程的数值模拟结果。

选取了弹头表面不同位置的单元,见,其时间-应力历程曲线如。

从可以看出:冲击波于56左右传播到弹头表面。弹头部表面最大应力值都接近于1GPa.说明炸药爆炸后冲击波经过聚氨酯后强度衰减并相对均匀的作用在弹头表面,其中应力最大值为1. 03GPa,出现在弹头顶部。说明冲击波经聚氨酯后衰减明显。弹头未发生变形,见0.说明聚氨酯对后级随进战斗部起到了良好的保护作用。

同理得到泡沫铝隔爆结果如下:左右传播到弹体表面,且应力值较小。但是200网左右应力最大值仍然超过了1.2GPa.说明泡沫铝对冲击波传播有很好的延阻和衰减作用,但是由于泡沫铝在高应变情况下发生硬化,所以自身对后级随进战斗部有一定破坏作用。弹头发生轻微变形,见1.说明泡沫铝对后级随进战斗部起到了一定的保护作用,但效果不明显。

同理得到酣醛树脂隔爆结果如下:左右传播到弹头表面。弹头部表面最大应力值为1.18GPa,出现在弹头顶部。说明炸药爆炸后冲击波经过酣醛树脂后强度有所衰减。弹头顶部有微小变形,见2.说明酣醛树脂对后级随进战斗部起到了定保护作用。

2后级战斗部最终变形(酚醛树脂隔爆)2.3双层隔爆选取钢板+聚氨酯和钢板+泡沫铝作为隔爆材料。

3给出了爆炸过程的数值模拟结果。

从5可以看出:冲击波于60网左右传播到弹头表面。最大应力值出现在弹头部表面,最大应力值为1.05GPa.冲击波经过钢板+聚氨酯后强度有所衰减。弹头未出现变形,见6.说明钢板+聚氨酯对后级随进战斗部起到了很好的保护作用。

6后级战斗部最终变形(钢板+聚氨酯隔爆)同理得到钢板+泡沫铝隔爆结果如下:左右传播到弹头表面。弹头部表面最大应力值接近1.1GPa,其中应力最大值为1.14GPa,出现在弹头顶部。说明炸药爆炸后冲击波经过钢板+泡沫铝后强度有所衰减。弹头未出现变形,见7.说明钢板+泡沫铝对后级随进战斗部起到了很好的保护作用。选取了弹头表面不同位置的单元,见4,其时间-应力历程曲线如5. 2.4数值模拟结果分析通过以上6组数值仿真研究,得到了不同隔爆材料情况下冲击波到达时间、后级随进战斗部表面最大应力、随进战斗部加速度以及速度变化曲线等参数(见表6)。

表中t表示冲击波到达后级战斗部头部时间;表示后级战斗部头部表面最大应力值;表示后级战斗部加速度最大值;表示后级战斗部速度最大值。

表6仿真结果数据统计对比表隔爆材料后级战斗部变形情况空气头部凹陷约2.0cm聚氨酯未变形泡沫铝头部凹陷约0.6cm酚醛树脂头部凹陷约1.5cm钢板+泡沫铝未变形钢板+聚氨酯未变形3结论从整体看来复合隔爆材料优于单一隔爆材料。

单一隔爆材料中泡沫铝对冲击波延缓作用较好,聚氨酯对冲击波的衰减作用较为明显,综合来看聚氨酯隔爆效果最优。多层复合隔爆材料中钢板+聚氨酯隔爆效果最优。

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