1、项目背景
弹体对防护体的侵彻属于高速冲击碰撞的动态侵人问题,分析过程涉及侵入深度和侵入过程中的受力情况、速度和加速变化等问题。目前主要以实验研究为主, 辅之以近似条件下的解析方法和数值方法。现代数值计算方法主要是有限元, 有限差分, 离散元等方法。
研究表明,弹体体侵彻有限厚靶板的过程是一个复杂的物理过程,侵彻瞬态过程伴随着几何非线性、材料非线性和接触非线性。本文利用LS-DYNA 显式求解器对侵彻过程进行数值模拟, 可以清晰地了解该物理过程,为侵彻分析提供更直观和全面的数据。
2、模型假设
本课题的重点是对比分析不同攻角对侵彻体侵彻能力的影响,所以为了提升计算效率,本课题对仿真模型做如下假设:
①侵彻体和靶板为均匀连续介质;
② 忽略一切热效应, 包括由摩擦所产生的热, 由于变形或摩擦热对材料性能的影响, 和它们引起的相变;
③根据对称性,采用1/2模型求解计算;
④忽略空气阻力, 不考虑重力作用;
⑤忽略靶板的刚体运动, 侵彻体和靶板的初始应力为零。
3、仿真建模:
①材料定义:
忽略不同材质对分析结果的影响,模型采用简化的理想塑性材料MAT3,具体参数如下:
材质 | 密度 | 弹性模量 | 泊松比 | 屈服强度 | 失效塑性变形 |
靶 | 7.896 | 2.08 | 0.279 | 0.01 | 0.8 |
弹体 | 17.92 | 1.18 | 0.218 | 0.0179 | 0.8 |
②网格控制:
计算模型的网格划分采用Langrange 法。模型单元类型均采用SOLID单元 , 网格单元形状为八结点六面体,为了提高计算精度,在靶板与弹丸的直接作用区域加密局部网格。对于有限元分析,单元质量和尺寸直接影响到计算结果的精度和效率,通过控制最小单元Size ,控制模型的计算效率。
③施加载荷与约束:
为了探讨攻角对伸出体侵彻性能的影响, 在初始侵彻速度为1200m/ s 的条件下, 改变侵彻体的侵彻攻角, 分别对攻角为15,30 , 45 , 60 ,的情况进行了数值模拟。
4 计算结果:
图显示了不同侵入角下的瞬态变形过程,可以看出侵角对冲击效果影响明显。在本文的分析条件下,较小侵入角的侵入角表现出更大的穿透力。图显示了侵入过程,弹体动能的变化,由图也可以看出,小角度时动能减少的最快,大角度时动能损失的最小。
5 分析讨论:
有攻角的侵彻体侵彻有限厚靶板的过程是一个较为复杂的过程, 利用LS-DYNA 对侵彻过程进行数值模拟, 可以清晰地了解该物理过程, 通过分析侵彻体撞靶后剩余动能随时间的变化规律,表明攻角对侵彻响应有显著的影响。后续对侵彻速度、材质、侵彻体头部形状做进一步详细研究。LS-DYNA数值仿真,为复杂的侵彻分析提供了高效的工具。
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