聚能装药侵彻混凝土数值模拟.docx

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1、聚能装药侵彻混凝土数值模拟 思想是降维，将高维问题简化到低维问题进行计算，依据空间维数进行分裂.对于二维问题，将1个时间步分为2.5个时间步进行，在每个半时间步中进行一个方向的运算.分裂步数的多少并不唯一，可以是2步的，也可以是3步的. 按算子分裂算法将方程组分裂成2个方程，从而将每个时间步的计算分2步进行，即 界面处理采纳Youngs界面处理算法11，经过YOUNGS的修改和扩充使得其处理多物质界面有良好的精度.其核心思想是通过体积份额的加权确定目标网格的物质界面.对于二维问题须要对网格四周的8个网格的体积份额进行加权，确定该网格内物质界面分界直线的斜率；然后对该直线进行移动推断直到分界线两

2、侧的物质体积份额与网格中真实存在的物质体积份额一样，即为网格内物质界面的分界线.由此可以计算Euler步中目标网格与相邻8个网格间的输运量. 3数值模拟结果分析 对带壳的不同锥角结构药型罩进行数值模拟分析，得到不同锥角的侵彻体成型性能参数.通过参数分析得到不同锥角的侵彻规律，由此得到最佳成型角度.以该角度的装药结构为基础在炸药内部进行开槽，探讨不同开槽结构对混凝土侵彻性能的影响. 3.1不同锥角成型数值模拟 对锥形药型罩进行数值模拟，主要分析锥角分别为120，130，140和150的侵彻体成型过程，锥型装药结构见图3.依据阅历，聚能装药结构壁厚在0.030.06倍装药直径时，聚能装药能得到较好

3、的成型性能.根据设计要求，装药直径为450 mm，壳体和聚能装药壁厚均为15 mm，装药高度为1.5倍装药直径.炸药采纳常用的B炸药. 不同的锥角在t=306.645 s时形成的侵彻体形态见图4.由于是对称模型，所以二维数值模拟计算时仅须要对一半模型进行数值计算.为更好显示数值模拟结果，对图像进行对称叠加显示，后面的侵彻模拟也采纳该方法.由图4可知：随着锥角的增加，侵彻体的长度明显缩短，其直径明显增大.依据实际需求，侵彻体不但对其直径有要求，同时还须要具备肯定的长径比. 对侵彻体的头部速度、侵彻体长度、炸高和时间进行统计，结果见表1，可知：随着锥角的增加，形成侵彻体的时间渐渐增加，侵彻体的头部

4、速度渐渐降低；锥角为90的头部速度达到4 182.90 m/s，而锥角为150的头部速度仅有2 873.31 m/s，但其直径达到19.8 cm，比锥角为90的直径宽将近10 cm，而侵彻体的直径却比90锥角小14 cm.数值模拟得到的结果与理论分析结果一样，说明采纳微元法推导药型罩的速度公式有效.锥角大时侵彻体直径较大使得侵彻孔径较大，但其头部速度较低以及侵彻体长度较短导致其侵彻深度的降低.综合各个方面，对于混凝土的深侵彻问题，应选择锥角为90的药型罩最佳. 3.2聚能装药侵彻厚混凝土 基于上述不同锥角药型罩成型数值模拟探讨结果，选用90锥角进行厚混凝土侵彻数值模拟.在炸药内部进行开槽能够有

5、效地变更爆轰波形态，使侵彻体形成更加简单，且能够在不损失侵彻体质量的 前提下有效地提高侵彻速度，结构见图5.采纳等步进步行计算，网格步长均为0.20 cm，计算域为400 cm150 cm，网格总数为150万个.炸药采纳常用的B炸药. 开槽结构聚能装药侵彻混凝土过程见图6，在t=180.04 s时侵彻体已经完全形成，比表1中90锥角成型时间缩短29.22 s，且侵彻体的头部速度达到4 522.43 m/s. 开槽结构与不开槽结构侵彻厚混凝土的具体参数对比见表2，可知：采纳开槽结构的聚能装药在侵彻混凝土时，在相同的炸高下相对于不开槽结构其头部速度更高，侵彻体直径更宽，且统计侵彻孔径大于20 cm

6、的侵彻深度要增加27.6 cm，由此可知采纳开槽结构的聚能装药结构侵彻实力提高. 不同位置处开槽聚能装药结构侵彻厚混凝土的侵彻深度和孔径大于20 cm的侵彻深度见图7，由此可知：不同位置处的开槽结构对侵彻性能有很大影响.当开槽结构距离起爆较近时，炸药起爆后，爆轰波马上与开槽结构接触，爆轰波形被开槽结构变更，而此后还有大量的炸药未爆炸，在开槽结构后面的炸药爆炸影响其波形，减弱变更后的爆轰波对药型罩的影响；当开槽结构距离起爆较远时，炸药起爆后爆轰波在较远处与开槽结构接触，此时爆轰波已经形成平整稳定的波形，开槽结构调整后几乎不受影响，若开槽结构接近于药型罩，开槽结构反而会减弱其侵彻性能.距离起爆点1

7、0 cm处开槽是侵彻性能最佳的开槽位置，开槽位置靠近起爆点或是远离起爆点聚能装药结构的侵彻性能都下降. 开槽高度不同对侵彻性能的影响见图8.由此可知：开槽高度的影响不像开槽位置影响那么明显，但也有肯定得影响.开槽高度过低或是过高的影响较为显著，是因为高度过低对爆轰波传播的影响较小，而高度过高则会阻碍爆轰波的传播，两类极端状况会造成侵彻性能的急剧下降；而对于一般高度的开槽影响不太明显，侵彻深度相差也不大. 开槽宽度不同对侵彻性能的影响见图9.由此可知：开槽宽度不同的结构对侵彻性能也有很大的影响.开槽宽度的微小改变均会造成侵彻性能的急剧改变.这是因为爆轰波在炸药中传播时，遇到空气会发生折射和透射，

8、空气的宽度干脆确定开槽结构背面的波形.开槽宽度太窄，对爆轰波形几乎没有影响，与不开槽结构的爆轰波形一样.当开槽宽度大于某一值时，由于空气中爆轰波传播速度远低于炸药中的速度，因此造成中心位置处的爆轰波落后于两侧的爆轰波，导致侵彻体中心头部速度降低从而减弱其侵彻性能.由数值模拟结果可知：最佳开槽宽度为3.0 cm. 综合表2和图79的数值模拟结果可知，开槽结构能够有效提高聚能装药结构的侵彻性能. 4结论 对聚能装药结构形成侵彻体和锥角的关系进行简略的理论分析，发觉侵彻体速度随锥角的增加而渐渐减小.采纳自主开发的EXPLOSION-2D软件探讨不同锥角药型罩的成型规律，并设计一种开槽式的装药结构.该

9、结构能够有效地增加侵彻体侵彻混凝土的性能，主要结论如下： 1）随着锥角的增加，形成侵彻体的时间渐渐增加，侵彻体的头部速度渐渐降低，与理论分析结果一样；锥角大时侵彻体直径较大，使得侵彻孔径较大，但头部速度较低且侵彻体长度较短导致侵彻深度降低.对于不同侵彻效果要求所采纳的锥角应不同. 2）设计一种在炸药内部开槽的聚能装药结构，利用炸药内部的开槽结构尺寸大小和位置变更爆轰波波阵面的结构形态，使药型罩上的爆轰压力发生规律性改变. 3）分析炸药内部开槽所在的位置、槽的高度和宽度对侵彻体侵彻实力的影响进行数值模拟，获得其对侵彻体侵彻性能的影响规律. 参考文献： 1鞠进贤， 陆华， 王水平. 微平面模型与经

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