Abaqus仿真:弹芯侵彻(刚体弹芯)

几何模型

几何模型使用SOLIDWORKS建模,结构示意图见图1所示。弹芯直径Φ6mm,弹芯长度30.5mm,头部为圆卵形。钛合金靶板尺寸为200mm×200mm×10mm。

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图2

有限元模型:

有限元模型使用Abaqus建模,靶板四周采用完全固定约束。弹芯因弹头结构不规则采用自由四面体网格,并设置为刚体。钛合金靶板采用C3D8R六面体网格扫掠划分。为了提高计算精度,对弹芯与靶板主要接触部分采用六面体网格精细划分处理,如图2所示。

弹体与靶板之间采用*Surface-to-Surface contact(Explicit)侵彻接触算法,通过定义弹体表面与靶板node接触。*Interaction Properties选择切向行为(摩擦选择罚公式,摩擦系数为0.3)与法向行为(硬接触)。

弹芯初始速度为770m/s,方向垂直靶板平面向下,通过创建约束控制。

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材料模型

模型单位采用m-kg-s-Pa单位制。

靶板使用* JOHNSON_COOK材料本构模型其本构方程由两部分组成,第一部分为应力:

Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图4Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图5

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图7式中:

Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图8A为屈服应力;B为应变硬化系数;n为应变硬化指数;c为应变率相关系数;m为温度相关系数;Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图9ε ̅^P为等效塑性应变;ε0为无量纲塑性比;T*为相对温度,Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图10Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图11

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图13,式中T_melt,T_room 分别为材料的熔点和室温。

第二部分是断裂时的应变:  

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式中:σ^*=p/σ_eff, ,即压力与VonMises等效应力的比值,D1-D5为失效系数。Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图15

同时采用*EOS_GRUNEISEN状态方程,该方程能够考虑压缩和拉伸状态下,材料体积变化对压力的影响,其形式如下:

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图18

式中:μ=ρ/ρ_0 -1,ρ/ρ_0 为当前密度与初始密度之比;C为材料声速;S1、S2、S3为多项式方程系数;Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图19Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图20γ_0为GRUNEISEN参数。

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弹芯材料参数:

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图23Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图24

数值模拟结果分析

弹芯侵彻过程见图3所示

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Abaqus弹芯侵彻仿真(弹芯刚体)的图26

弹芯速度时程曲线见图4所示,初始速度为770m/s,侵彻后剩余速度为608m/s。

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侵彻弹孔图片见图5所示。

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