平头弹侵彻金属靶板的SPH数值仿真[1]

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1、平头弹侵彻金属靶板的数值仿真王震’,晏麓晖,曾首义闲防科学技术人学湖南长沙幻一,利用’,摘要采用非线性有限元分析软件有限儿相结合的方法模拟了平头弹对金属靶板的侵彻问题研究了来块的形成过程以及绝热剪切带的产生,模拟结果与试验结果吻合较好文章分析了程序中参数选择对模拟结果的形,。。响发现光滑长度参数对计算精度和效率形响都很人本文结果对利用百口卜究侵彻问题具有一定的参考价值’之头弹法关键词金属靶板数值仿真绝热剪切’,、妞,一介,邵,,一一引言浸彻问题无论对装甲防护还是程防护都是。日前,弹道试验是最可靠、最吸要、一个非常重要的问题,、,,,最基本的研究方法但费用高周期长理论模型有其一定的适

2、用范围且引入较多假设而数值仿真技术。以其经济性与高效性日益成为此类问题研究的最重要手段平头弹侵彻靶板将产生塞块冲塞,由于绝热剪切带的宽度一般为口一,产川,采用有限元数值模拟,,,‘’。网格的密度要求较高在拉格朗日算法卜容易出现网格的负体积从而导致小时间步和失准采用欧‘,’,。,拉算法虽然避免了网格畸变但是难以准确描述各类界面方法是一种无网格方法其离散化不使川单元,而是使用固定质最的可动点,即质点或节点,从而不存在网格的畸变问题,所以能在拉格朗日格式’。卜很好地处理大变形问题本文采用与有限元相结合的方法建立三维模型,对平头弹侵彻钢靶板的过程进行了,,,研究模拟与二维有限元模拟结果比较

3、表明结果更精确能够更好模拟出弹道极限速度了平头弹佼彻钢、。靶板过程中塞块的形成以及绝热剪切带的产生发展过程同时分析了”法模拟计算中参数选取对模拟结果的影响。一,作者油介菠嗜。男硕二要从事防护工程研究,’公麓浑愁,之男再卜二要从事防护程与程力学研究种‘于义,州男硕·任要从粤助护工程与程力学研究,皿仿真模型及材料参数弹体为具钢圆柱形平头弹,直径为,长度为,靶板为厚。因结构形状、,取四分之度为的钢荷载对称性一结构进行计算。弹、靶模型如图所示,弹体和靶板外部采川竹点二维实体,、,,共建有限元单元弹靶接触区域采用法建模初始间距取立个粒子。靶板采用模型,该模型综合了材料强化、应变率和绝热软化效

4、应。图计算模型,’,一可,,‘,一“本构方程、、、、·。,一,式中为材料参数瓦为等效塑性应变扩宾瓦为塑性应变率比值一般取几,一,,。一’动兀功为相对温度不为室温几为熔点温度’’’断裂应变今几几,几,‘,几‘。式中二厅为静水压力与等效应力之比只二一为常数弹体采用模型。,‘’”本构方程一刁〕刀凡瓦,、。一。式中几为静屈服应力‘为应变率尸为应变率效应参数瓦为等效塑性应变凡凡凡。为塑性硬化模量刀为硬化模式参数。“’弹靶系统的材料模型参数如表和表所示表靶板材料一模型参数户,月材尸人,护几马乌几马几一一】。。表弹体材料模型参数人,九护几护吧氏式勺,结果及分析一方法与有限元方法结果对比一图和图分

5、别为止维有限元和二维与有限元结合法模拟平头弹以。。、一的速度佼彻靶板的过程图结果表明两者吻合较好图为法计算得到弹体剩余速度随入射速度变化关系与试验值的比较。由图可以石卜,弹体,、一法模拟结果与试验入射速度较高时结果吻合都较好而入射速度在弹道极限速度附近时,卜法得到的弹体剩余速度低于试验值,误差较人,而一。,「法结果与试验数值吻合较好试验得到弹道极限速度为方法得到弹逆极限速度川一一。几刀、,,,,变化与粒相似扮其等效应力达到峰值然后开始卜降此处卜降是由弹靶作川力减小引起的尸、后弹靶作川力恢复,。刀、,山于绝热剪切带在等效应力再次升高在绝热剪切带到达粒子已经形‘一成,粒子的应变和应变率

6、强化效应开始降低,等效应力开始卜降。因为粒子与粒子相邻且粒子间距离为,所以可以断定绝热剪切带的宽度小于。粒子接近靶板背面,其等效应力在刀达到,、,,峰值然后等效应力随弹靶之间作用力以及拉剪应力的变化而波动可见粒子未形成绝热剪切绝热剪切带没有达到靶板背面。二,⋯拉子一闷今一拉子,,⋯··卢衬—⋯位子一峨斗较子”””石厂二一粒子····一粒子了,月一匕日一,封曰对日︸,内﹄,补寸土舒打科打价肋夕八只城权汾色︵’一’一‘’一’一‘一’一’一’只以“““””丫队一一‘十‘’寸又公丫﹀’,’·参’扩⋯琪‘’一·。甲·······”“⋯⋯名二一备一戈界’事三止三耳三二三三时间。应变图等效应力时

7、程图图应力应变关系影响模拟结果的参数变分析,。一,方法中光滑长度对计一算效率和精度都有重要的意义在程序中通过粒子光滑长度参,。,,数对计算过程中的光滑长度进行调整以提高计算的精度图给出了分别取时平头。,,,弹剩余速度的模拟与试验结果的比较由图可以出当取时结果与试验数据吻合最好误差仅为随着取值的减小,误差逐渐增大。此参数取值增大的同时,也会增加计算徽。图为取不同值时,计算。,,,,所用时间由图可以看出习时用时约小时分别比和时高了和但仍在可以,因此在保持,,接受的范围内一