Abaqus爆炸分析新视角：CEL方法下的弹头侵彻爆破解析

0.引言

Abaqus作为综合性有限元软件，其功能强大不言而喻，然而在军工领域用abaqus模拟各类冲击爆炸毁伤比较少见，可能是因为abaqus更适合做高度非线性热、力学分析。而爆炸类问题，AUTODYN或LS-DYNA可以模拟一维到三维的各类问题，同时拥有丰富的材料库；但是对于习惯abaqus的用户，再去安装学习AUTODYN或LS-DYNA比较费时间。之前别人做过各类射流、水下爆炸等问题，今天给大家带来了弹头侵彻爆破的算例。

模型概述：弹头以500m/s撞击靶板，其中PBX装药采用JWL状态方程描述，延时起爆起爆及起爆点，同时为了呈现爆炸产物的作用，保留产物不删除。为了方便起见，弹头和靶板采用相同材料，材料参数来自abaqus帮助文档。模型分为15mm的单层靶板和5m三层靶板侵彻爆炸过程，如下图所示：

模型一：5mm三层靶，间隔15mm

模型二：15mm单层靶

1.单层靶结果分析

弹头侵彻单层靶结果：

由此可见，弹头高速侵彻过程中靶板变形很大，但当高能PBX起爆后瞬间击穿，同时形成很多碎片，这些碎片可以对靶板（保护层）后面的目标形成二次毁伤。

那么，到底是弹头的动能破坏了靶板还是高能PBX起到了主要作用？请看三层靶分析。

2.多层靶结果分析

在相同条件下，即弹头速度、延时起爆等情况相同时，分析间隔为15mm的5mm三层靶侵彻爆破：

从结果看，这三块靶板破坏方式不完全相同，从有到左依次大致认为是 弹头侵彻破坏、破片及冲击波破坏及爆炸产物破坏等。细节如下：

首先，第一块靶板主要以韧性变形撕裂为主，跟普通的弹侵彻靶问题结果类似；第二块则产生了较多的碎片，跟上面的单层靶结果类似，说明弹头动能（侵彻）及高能PBX同时作用，而且第一块的破片（碎片）也有可能作用到了第二块上； 最后是第三块，起失效变形明显跟前两个不一样，其韧性变形很大，之后则撕裂成一大块，这是主要由爆炸产物作用引起的。此时，并不是弹头速度降为零，主要是爆炸产物膨胀速度大于弹头速度。产物作用结果如下：

需要说明的是，上述算例中弹头撕裂成了长条形，实际过程中由于刻槽或预制破片原因，一般会产生很多破片以提高毁伤能力。有兴趣的同学可以自行试试。

3.结束语

abaqus模拟爆炸> 由上述简单的算例可知，abaqus模拟爆炸或高速冲击问题还是比较方便的，而且思路跟AUTODYN等软件类似。上述算例主要用了CEL方法，即先设定一定的欧拉区域，或是空白或可用空气、水等填充，之后在此欧拉区域填充PBX，而弹靶采用拉格朗日网格即可。
CEL及SPH当然，高速冲击类问题还可以使用SPH方法，据我所知，CEL及SPH不能同时使用。

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