一种计算聚能装药对混凝土侵彻效应的新方法

资料大小：1.1M
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-03

资料介绍

一种计算聚能装药对混凝土侵彻效应的新方法
毛亮，姜春兰，王在成，王超
(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081)
摘要：为准确地评估聚能装药对混凝土的侵彻效应，有效地摧毁目标，提出了一种采用数值仿真与工程计算相结合的方法。
利用仿真分析软件对聚能装药形成金属流的过程进行数值仿真，并提取触靶前金属流的相关特性参数；建立聚能金属流对
混凝土侵彻的工程分析模型，并将触靶前的特性参数代人到T程经验模型中，从而得到金属流对混凝土的开坑孔深和孑L径。
以某聚能装药结构为例，采用改进方法进行了计算，并与试验结果进行了对比，研究结果表明，通过改进方法求得的开孔孔
深和孑L径与试验结果较为一致。研究结果可为反混凝土目标的聚能装药结构设计提供参考。
关键词：聚能装药；侵彻效应；数值仿真；混凝土
中图分类号：TJ413 文献标识码：A
New Method of Calculatingthe Penetration Effect
in Concrete Target by Shaped Charge
MAO Liang，JIANG Chun-lan，Wang Zai-cheng，WANG Chao
(State Key Laboratory of Explosion Science and Technology，Beijing institute of Technology，Beijing 100081，China)
ABSTRACT：A new approach which combines numerical simulation with engineering calculation was put forward to
evaluate the penetration effect of shaped charge to concrete．First，the formation of metal jet was analysed with simu—
lation analysis software and the characteristics were calculated before its contact with the target plate．Then the engineering
calculation was built，the characteristics calculated before were used and the depth and radius of the hole created
by metal jet in concrete were obtained．Exemplified in a Shaped Charge Structure，the calculation result was ac—
quired and compared with the experiment．The research reveals that the calculation result is satisfied and the ap—
pruach can be a reference of the design of shaped charge against concrete．
KEYWORDS：Shaped charge；Penetration effect；Numerical simulation；Concrete
1 引言
目前，对混凝土目标的打击多采用串联战斗部结构形
式，前级聚能装药爆炸后形成聚能金属流，首先在目标表面
预先钻出一个深洞，然后二级杀爆战斗部随进钻入混凝土内
部爆炸，从而可将目标有效的摧毁⋯。可见，前级聚能装药
结构的设计是关键，既要满足爆炸后形成的金属流能侵彻一
定的深度，而且还要保证开出的孔具有一定的孔径。
根据多年来研究的结果表明，要满足以上两点设计要
求，设计的药型罩爆炸后最好能形成聚能杆式侵彻体。由于
聚能杆式侵彻体与传统的聚能射流和EFP有很大的不同，目
前它的形成机理以及工程算法的研究很少“，在对能形成此
类金属聚能流的装药结构的设计也多采用“画加打”的形式，
这样不仅导致设计周期较长，而且设计成本也较高。
收稿日期：2012-01—13修回13期：2012—07—09
一10一
因此，为了能够既快又好地设计出满足要求的聚能装药
结构，建立一种能准确对所设计的聚能装药侵彻混凝土的效
应进行预估的方法十分有必要。本文提出了通过采用商业
仿真软件对聚能装药爆炸形成金属流的过程数值仿真，并提
取触靶前的金属流的特性参数，然后将其特性参数代人对混
凝土侵彻的工程算法中，得到开孔的孔径和孑L深，从而便可
对聚能装药结构方案的合理性进行准确地评估。
2聚能金属流形成
数值仿真是近些年来辅助工程设计的一种重要手段，它
可以展现复杂的中间过程，揭示某些事物的本质。聚能装药
爆炸驱动金属药型罩形成金属流的过程相当复杂，它不仅与
炸药的爆轰性能及爆轰波的形状有关，而且还与药型罩的形
状、壁厚以及壳体等因素有关。目前关于聚能药型罩形成金
属流的理论多集中在金属射流的形成理论上，主要有Birk．
huff定常理论、PER非定常理论以及PER相关修正理论
万方数据
等”1。这些射流分析理论中独立的方程数均少于未知变量
数，计算方程组是不封闭的，尚需通过其它途径获得压垮速
度或变形角，才能完整求解其余的变量。此外这些计算方法
均未综合反映药型罩、炸药、壳体等因素对压垮速度的影响，
而且用它来解释聚能杆式侵彻体的形成过程也不是十分适
合。由此可见，在利用这些理论来计算对付混凝土的聚能杆
式侵彻体触靶前的参数和实际有很大的误差。
随着近二十年来，国外商业软件的引入，利用它对聚能
装药结构的仿真研究已经变得相当容易，并且通过大量试验
的对比也表现地相当符合。商业软件中对聚能装药结构的
爆炸仿真主要是建立在流体一弹塑性理论的基础上，考虑了
很全面的因素，因而得到的也是较为复杂的偏微分方程组，
方程没有解析解，但可以通过计算机来求得数值解，因此它
所得到的结果相比其它理论得到的结果要准确的多。本文
在考虑到以上原因后，采取了商业仿真软件LS—DYNA来对
聚能装药结构进行仿真研究，并提取触靶前金属流的特性参
数，为分析金属流对混凝土的侵彻效果奠定基础。
在本文的研究中，设计了一种能形成聚能杆式侵彻体的
变壁厚球缺形药型罩结构，考虑到实际应用情况，在装药外
面还加了一层3mm厚的钢壳。具体结构如图1所示。采用
LS-DYNA建立的有限元模型如图2所示‘4 J。
空气
壳体
炸药
药型罩
图1 聚能装药结构示意图
图2有限元结构图
药型罩采用铝材料，以药型罩直径D为基本参数，装药
高度0．965D，圆柱部高度0．736D，顶部装药半径0．556D，药
型罩高度为0．392D，药型罩内径R。=0．493D，外径R2=0．
528D，药型罩顶部中心厚度0．07D。装药选用压装的8701
炸药，以顶部中心点起爆的方式起爆。
通过仿真得到了不同炸高下在爆炸以后形成的杆式侵
彻体的形态如图3所示，而其侵彻性能参数见表1。