多层靶板结构对穿甲影响的模拟仿真研究

宋万成

（海军驻沈阳弹药专业代表室，辽宁 沈阳110045）



多层靶板结构对穿甲影响的模拟仿真研究

宋万成

（海军驻沈阳弹药专业代表室，辽宁 沈阳110045）

摘要：为探索穿甲爆破弹战斗部结构对装甲靶板的破坏机理及侵彻效果的影响因素，基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，以靶板的层数参数为仿真变量，建立半穿甲弹及靶板模型，进行数值模拟，再现了侵彻过程。通过仿真计算，得到了在靶板总厚度相同条件下，靶板层数越多，抗侵彻能力越差这一结论，为半穿甲弹结构的设计及战术技术指标要求的确定提供了依据。

关键词：半穿甲弹；侵彻；ANSYS/LS-DYNA；数值模拟

现代战争是多兵种联合体系化作战，信息化和机械化程度高，具有推进速度快、防护能力强等特点[1]。战场上的自行火炮、步兵战车、装甲运送车等半硬目标迅速增加，其防护能力相当于厚度在15~60 mm之间的装甲钢板[2-3]。穿甲爆破弹是一种具有一定穿甲能力，又具有一定爆破威力的战斗部。在穿甲过程中，必须既能穿透一定厚度的目标，而自身功能又不受到破坏[4-5]。本文针对穿甲爆破弹侵彻不同层数靶板进行模拟仿真，为穿甲爆破弹结构的设计及战术技术指标要求的确定提供了可靠依据。

1　侵彻模型的建立

1.1方案设计

为探索穿甲爆破弹战斗部对装甲靶板的破坏机理及侵彻效果的影响因素，设计了3种方案。3种方案中靶板总厚度相同，层数不同，靶板总厚为15 mm，方案1和方案2、3的靶板层数分别为1、2、3，单层靶厚分别为15 mm、7.5 mm、5 mm，着角均为0°，着速为900 m/s，靶板强度极限为1000 MPa.各个模型的基本参数如表1所示。

表1　各个模型的基本参数

1.2定义材料属性

在建立计算模型时，弹体采*MAT_JOHNSON_COOK材料模型，其材料参数见表2所示；炸药采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC塑性体材料模型，材料参数见表3所示；靶板同样采用*MAT_JOHNSON_COOK材料模型，材料参数见表4.表中参数ρ为密度，G为剪切模量，A为屈服应力常数，B为应变硬化常数，N为应变硬化指数应，C为变率相关系数，M为温度相关指数，Tm为熔化温度，Tr为室温，Cv为比热，ε0为参照应变率，E为弹性模量，PR为泊松比，SIGY为屈服应力，ETAN为接触系数，BETA为硬化参数。

表2　弹体材料模型参数

表3　炸药材料模型参数

表4　靶板材料模型参数

1.3侵彻有限元模型的建立

弹丸各部分零件网格模型划分如图1到图3所示，弹丸整体网格模型划分如图4所示，靶板网格模型划分如图5所示。

图1　弹体模型图

图2　炸药模型图

图3　引信模型图

图4　弹丸整体模型图

图5　靶板模型图

2　仿真计算结果分析

对3种方案分别进行仿真，图6、9、12为方案1、2、3在t=0 μs、t=150 μs、t=300 μs以及t=400 μs四个时刻的应力云图，图7、10、13为3种方案的弹丸速度时程曲线，图8、11、14为3种方案的炸药应力时程曲线。

由图6可以看到，弹丸侵彻靶板过程中，弹丸头部发生了变形，靶板发生了花瓣形的破坏，并伴有少量碎片。

图6　方案1弹丸侵彻靶板应力云图

图7　方案1弹丸速度时程曲线

图8　方案1炸药应力时程曲线

图9　方案2弹丸侵彻靶板应力云图

图10　方案2弹丸速度时程曲线

图11　方案2炸药应力时程曲线

图12　方案3弹丸侵彻靶板应力云图

图13　方案3弹丸速度时程曲线

图14　方案3炸药应力时程曲线

由图7、图10和图13各模型的弹丸速度时程曲线，可以得到弹丸剩余速度如表5所示。

表5　弹丸剩余速度

根据图6、图9和图12可以看到，三种模型的弹丸头部变形及靶板的破坏效果基本相同，靶板均发生了花瓣式的破坏，且随着靶板层数的增加，靶板变形越大。

根据表5可以得到，在靶板厚度相同的条件下，随着靶板层数的增加，弹丸速度的损失越小，损失幅度分别为6.26%、6.04%、5.7%.可见随着靶板层数的增加，装甲的防护能力越差。

3　结束语

在靶板厚度相同的条件下，随着靶板层数的增加，弹丸速度的损失越小，损失幅度分别为6.26%、6.04%、5.7%.可见随着靶板层数的增加，装甲的防护能力越差。

参考文献：

[1]陈祥国.我国舰炮制导炮弹的发展思路[J].国防技术基础，2005，（3）：16-18.

[2]崔晋，刘朝阳，王春林.弹体和弹芯对穿甲爆裂弹毁伤效果的影响[J].弹箭与制导学报，2011，31（2）：76-80.

[3]李静海.半穿甲爆破型反舰导弹战斗部毁伤效果分析[J].飞航导，2005，（7）：52-55.

[4]钱伟长.穿甲力学[M].北京：国防工业出版社，1984.

[5]Chang WS.Impact of solid missiles on concrete barriers[J]. Journal of Structural Engineering，1981，107（2）：257-280.

中图分类号:TJ765

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）04-0030-03

收稿日期：2016-01-18

作者简介：宋万成（1971-），男，辽宁普兰店人，本科，高级工程师，从事弹箭仿真技术研究。

Simulation Research of the Influence on Armor-piercing Explosive Projectile of Multilayer Board Structure

SONG Wan-cheng
（Navy Representative office for Ammunition Production in Shenyang，Shenyang Liaoning 110159，China）

Abstract:In order to explore armor-piercing explosive projectile structure on the destruction mechanism of armored target plate and the influence factors of penetration effect，based on ANSYS/ls-dyna finite element analysis software，respectively by a target plate layers for the simulation parameters，such as the variables，set up armorpiercing explosive projectile and target plate model，numerical simulation，the penetration process.Is obtained by simulation calculation，the target plate thickness in the same condition，the target plate layers，the more the ability to resist penetration，the worse the conclusion.For armor-piercing explosive projectile structure design and provides the reliable basis for the confirmation of the tactical technique index requirements.

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