单位文秘网 2021-08-30 09:00:54 点击: 次
摘要:装甲、反装甲等武器设计研究必须要穿甲侵彻机理。本文用MCA算法模拟穿甲侵彻过程,直观地描述了高速侵彻时弹靶的破坏变形状态,并在微细观层面上分析了侵彻过程穿甲弹芯的损伤发展及破坏规律。
关键词:MCA方法模拟穿甲弹芯;侵彻破坏
1 引言
穿甲弹作为反坦克装甲的有效武器,长期以来一直为穿甲和工程防护领域学者所关注。高速侵彻瞬间,弹靶接触面上产生的压力可达几十吉帕,对弹芯和靶板均形成严重变形和粉碎性破坏[1]。然试验发现,侵彻过程中杆式弹的损伤破坏仅限于弹芯头部的局部区域,弹体其他部位不变形或变形很小。所以无论是为提高穿甲弹的侵彻威力研究,还是对高抗弹性能装甲的设计研究,都非常有必要进行侵彻过程中穿甲弹芯的破坏损伤研究。
随着数值计算方法的发展,利用计算机进行数值模拟已越来越多的应用于工程设计和产品开发研究。MCA[2]方法(Movable cellular Automata),是基于粒子力学思想的一种离散数值算法,它认为材料是非连续介质,并假设材料由许多相互作用、又相对独立的微小质量元胞组成。载荷作用下,元胞间发生相对运动。MCA方法突破了连续性的限制,能更好的模拟材料的冲击崩落、裂纹损伤等动态现象。本文把这种方法用于模拟穿甲弹侵彻装甲板,清晰展现了高速侵彻时弹靶相互作用的变形破坏,并得到穿甲弹的侵彻破坏规律。
2 数值模型及计算结果
图1为穿甲侵彻弹、靶的MCA计算模型[3],模拟14.5mm机枪钨合金穿甲弹侵彻装甲靶板。弹径14.5mm,弹长66mm,装甲板材料为27SiMnMo,靶厚22mm。模型中弹、靶元胞的尺寸相同,但构成元胞的材料性能不同,材料参数见表1。元胞直径取0.55mm,整个模型元胞的总数为19661,其中弹元胞数为2894,靶元胞数为16767。穿甲弹以800m/s速度垂直撞击靶板,穿透时间约为90μs,时间步长取Δt=0.009μs,共计10,000步,每100步自动记录一次数据。
图2 为穿甲侵彻作用过程中,40.5μs时刻弹、靶的破坏损伤状态。图中显示白色部分为应力波作用下的损伤区域,由于界面的反射,使得弹靶中损伤区域分布呈不规则形。这种损伤在靶板上呈"大"字形,对穿甲弹芯来说,侵彻过程中的破坏、变形仅局限在弹头处的一定范围内。通过分析整个穿甲过程发现,虽然弹体在侵彻过程中不断销蚀,然破坏、变形总是位于弹芯头部弹、靶接触区域的一定范围内。
MCA方法中的速度场分析,可直观显示任意时刻材料中每个元胞的速度,进而细观层面上了解材料结构内部的运动、变形等状态变化。元胞速度变化大说明损伤较为严重,若相邻元胞产生较大速度梯度对应材料此处发生破坏断裂。为考察侵彻过程中弹芯的损伤分布,有必要分析弹芯上各个部分的速度变化。在侵彻靶板过程中,对弹体各个部分元胞的速度分析发现,速度损失并不是一样的,就是说元胞速度损失与其所处弹体的位置有关。弹芯头部,由于直接受到靶板的抗力作用,其元胞速度损失最大;而在弹芯尾部,其只受到应力波传递的抗力作用,速度损失也较小。
图3为不同时刻,沿弹芯各部分元胞的速度分布曲线。通过分析发现,侵彻中的任意时刻,在弹体后部 5/8的部分的元胞速度损失几乎一致,而靠近弹体头部的部分元胞速度损失最大,曲线上有很明显的转折。而且注意到,在侵彻的任意时刻,虽然弹体由于质量损耗,长度减少,但沿弹体的元胞速度分布及变化趋势是基本一致的。这说明在穿甲侵彻中,弹芯的严重损伤破坏总是位于弹靶接触区域的一定范围内,即整个弹体的前3/8部分。
结论
本文把MCA算法用于模拟穿甲弹芯对装甲的高速侵彻,清晰地展现了弹靶相互作用的破坏变形状态。侵彻过程中,穿甲弹芯逐渐变短和产生质量销蚀,但任意时刻弹芯的破坏损伤总是位于弹体前八分之三部分。
参考文献
[1]钱伟长.穿甲力学[M].北京:国防工业出版社, 1984.
[2]S.G.Psakhie,YHorie,andG.P.Ostermeyer,et al.Movable cellular automata method for simulatingmaterialswith mesostructure[J]. Theoretical and Applied fracture Mechanics, 2001, 37:311-334.
[3]王猛,王健等.钨合金穿甲弹侵彻钢靶开坑阶段的MCA模拟[J].沈阳理工大学学报,2006,25(2):84-88.
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-182-90257-1.html
上一篇:裂缝性低渗透油藏等效连续介质模型
下一篇:星际飞行与空气动力学
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用