基于ANSYSLSDYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟金属切削机

基于ANSYS／LS．DYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟

基于ANSYS／LS．DYNA聚能射流侵彻靶板的数值模拟 2012 线型聚能装约(LSC)也称半面对称型聚能装约，约型罩生楔形。炸药爆炸后，高湍高压的爆轰产物向装约空穴表面法线方向迅速传播，由于空穴的缘故，产物向轴线集聚并形成一股高速高压的气流，以高达几十万大气压的压力作用于约型罩，将其压垮。面后向对称轴闭合运动，并在对称轴发生高速碰撞，约型罩内壁附近的金属在对称半面上挤出一块向着装约底部高速运动片状金属射流。当射流与靶板作用时，迫使靶板表面压力突然达到几百万大气压。在高压作用下，靶板表面介质被排开，向侧面积堆积。线型聚能装药正是依据这种片状的“聚能刀”，实现对靶板的切割。通过数值模拟和试验两种方法相互验证和指导求研究线型聚能切割器切割靶板，合理地建立切割器模型，府用ANSYS／LS．DYNA3D软件对其进行数值模拟。1理论分析与试验研究 根据Birkhoff等人的定常理论，当爆轰波冲击楔形约型罩时，假定约型罩整个罩壁受到的压力处处相等，且以小变的速度K向内压合。由于爆轰波从罩顶到罩表面需要一定的时间，所以运动的罩壁之间的夹角2口大于原始顶角2α。图l表示压合过程的几何图形。楔形约型罩是对称的，所以α表示楔顶角的一半，β表示压合角。 经过推到计算可知：约型罩的胩合速度K半分图l中的∠APP'，被压合的罩壁从楔的两面向内运动，两面的碰撞点V1从A运动到B。应用正弦定理得出：

Birkhoff等人的定常理沦可用水预测楔形约型罩形成稳态射流和杵的速度和质量。 在试验中，采取如图2的装配方法，罩顶角为70°。约型罩和外壳聚用铅锑合金，靶板聚用5A06铝合金，起爆方式为棱上同时起爆。 对70°罩顶角的切割器进行了三次试验，得到侵彻深度分别为6.15mm，6.02 mm和6.23mm，取三次的平均侵彻深度为6.133mm。2数值模拟及模拟结果 采用与上述试验相同材料与参数的线型聚能切割器为模型，浚模型具有体积小、切割效果好的特点，其结构尺寸如图3所示。单位：mm。

数值模拟中材料及参数均与上述试验的相同，由于结构的对称件，采用1／2纵截面结构建模。假设起爆方式为棱上同时起爆，在计算中，设置多个起爆点，这些点同时起爆，以实现棱上同时起爆的目的。考虑到实际情况，线性切割器与靶板之间采用零炸高。 由模拟结果得由，侵彻深度为6．72 mm，而上述试验切割深度为6．133 mm，两者相差8．74％。通过对比，证明了模拟的可靠件和正确件。上述误差可能是由于参数和状态方程的选择，多点起爆代替线起爆的起爆方式，网格划分等几个原因。3模拟结果分析 当炸药起爆后，爆轰波同时沿纵向和横向迅速传播，对药型罩和外壳产生压力，将药型罩压垮。药型罩在爆轰波的作用下加速运动，在对称甲面发生碰撞，形成高速的金属射流和速度相对较低的杵。随着药型罩被持续压垮，射流质量和能量不断流入，射流头部也不断加速直至最大。由于杵和射流头部的速度不同，射流在运动过程逐渐拉伸并产生断流。之后随着射流质量和能量的流入量减少，射流头部的速度逐渐递减。 本算例中，聚能射流的形成及侵彻靶板在不同时刻的物理图像如图4所示，不同节点的纵向速度变化图见图5。

图4中，a为线型聚能切割器侵彻靶板的初始时刻，采用了零炸高。b为炸药爆炸lμs后的状态，射流即将生成，但受到了靶板的阻拦，此时射流头部速度最大。c为起爆后2．6μs的状态，由于射流头部的速度大于杵的速度，射流逐渐拉伸产生断流。d为侵彻的末状态，由于能量和射流质量的减小，致使射流头部速度减小至与杵的相同，当能量低于某一值时，侵彻终止。

图5中，A为射流头部节点，速度最大，达4000m／s以上。B为射流中后部节点，速度较小，只有1500m／s多。C为失去侵彻能力的射流在射孔底部堆积，产生激荡。射流头部在1雌时，速度达到最大，并迅速减小，在1．5μs左右速度减小至1 000 mls左右。4 结论 木次模拟采用了零炸高和棱上同时起爆的点火方式，通过对线型聚能切割器侵彻靶板进行数值模拟，得出以下结论： 1)计算机仿真技术在武器系统的研制、试验和鉴定工作中占据越来越重要的地位，而进行数值仿真的前提是建立止确的仿真模型、 2、)LS—DYNA数值模拟过程中，参数选取正确，结果能比较正确地反应线性聚能切割器射流的形成及侵彻靶板的过程，与试验结果比较一致。

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