L可>聚乙烯醇树脂
周鹏;李如江;方志坚;王建波
【摘 要】针对线型聚能装药制造过程中常见的药型罩和药柱不同轴情况,采用侵彻试验,结合有限元软件对非对称线型聚能装药射流的形成和侵彻进行了三维数值模拟.研究结果显示对于此结构和尺寸的线型聚能装药,当药型罩轴线与装药轴线偏移距离为1mm时,侵彻宽度增加了12％,侵彻深度相比对称情况降低了约58％.当药型罩与聚能装药的偏离距离为1mm,且同时存在5°的夹角时,射流侵彻形成三个主体切槽,开坑宽度为17.4mm,侵彻深度比对称情况降低了74％.随着药型罩和装药不对称程度的增加,射流在靶板上的侵彻宽度以及侵彻中心偏移装药轴线的距离增加,穿深降低. 【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2013(033)004
【总页数】4页(P87-90)
【关键词】爆炸力学;线型聚能装药;不对称;射流;侵彻
【作 者】周鹏;李如江;方志坚;王建波
【作者单位】中北大学化工与环境学院,太原030051;中北大学化工与环境学院,太原030051;中国兵器工业第52研究所,山东烟台290014;中国兵器工业第52研究所,山东烟台290014
【正文语种】中 文
【中图分类】O385;TJ410.333
0 引言
线型聚能装药(linear shaped charge，LSC)被起爆后，高压爆轰产物驱动药型罩高速向其轴线汇聚形成片状射流和杵体，广泛用于船体切割、建筑石方开采、油气开采和切割爆破等领域。在聚能装药的部件制造和组装过程中由于受到工艺水平限制而产生不对称，不对称因素会导致射流形成过程中产生横向速度，使聚能射流的侵彻性能降低。
近二十年来人们对非对称锥形聚能装药射流的形成进行了大量的理论和试验研究。Brown[
1－2]使用X光照相技术研究了偏心起爆对聚能射流横向速度的影响并给出了射流偏转角计算模型。Kelly[3]假设非对称条件下形成射流和杵体处于同一直线上，结合Randers-Pehrson的罩微元指数加速公式，给出了壳体和药型罩几何尺寸不对称时聚能射流形成的分析模型。为改进直线型假设的不足，Curtis[4]基于“驻核”模型假设，给出了非对称聚能射流的分析模型。姜剑生等[5]提出了一个非对称修正模型用于求解非对称二维平板碰撞问题，获得了比直线假设和“驻核”假设更接近实际的结果，但还是未能很好的预测射流和杵体的偏折方向。秦承森等[6]从分析特殊射流的碰撞出发，分析了无限远来流初始交汇位形和相互作用过程，建立了非对称射流形成的方程封闭条件，提出了非对称射流形成的几何理论。石艺娜等[7]对有限远来流对非对称碰撞形成射流条件进行了研究，提出的模型涵盖了目前已有的理论，但是仅适用于交汇点距离R约为8～10倍出流射流厚度情况。此外，Ayisit[8]使用AUTODYN软件模拟了偏心起爆、药柱与壳体间隙以及药柱内气泡等不对称因素对喇叭形药型罩锥形聚能装药射流性能的影响。宁强[9]对偏心起爆和非均匀药型罩对线型聚能射流形成的影响进行了二维数值模拟。综上所述可以看出理论上很难描述非对称聚能装药射流的形成，对非对称锥形聚能装药射流形成研究较多，而对非对称线型聚能射流形成和侵彻研究偏少。
文中针对线型聚能装药制造过程中常见的药型罩和药柱不同轴情况，采用侵彻试验，结合有限元软件对非对称线型聚能装药射流的形成和侵彻进行了三维数值模拟，研究结果有助于深入认识药型罩和药柱不对称的影响。
1 试验研究
非对称原因按制造过程可分为部件制造以及总体装配过程引起的不对称，例如药型罩和壳体壁厚不均匀、药柱密度和形状不对称、起爆系统偏置以及药型罩和药柱不同轴等。文中将针对线型聚能装药制造过程中常见的药型罩和药柱不同轴情况，对其进行侵彻试验研究。常见的药型罩和药柱不对称情况分为三种:(a)药型罩轴线偏离药柱轴线;(b)药型罩轴线偏离药柱轴线，且有夹角;(c)药型罩轴线与药柱轴线存在夹角，如图1所示。对于(b)，又可分为两种情况，一种是药型罩轴线偏离轴线后沿罩顶部中心线顺时针旋转，另一种情况是沿罩顶部中心线逆时针旋转。实际生产中药型罩口部和壳体接触后会以接触处为支点，一般按使药型罩凹下的方向旋转，即出现图1(b)所示情况。图2为生产中常见的不对称线型聚能装药。由于实际生产中以(a)、(b)情况最为常见，以此为例研究其对线型聚能射流侵彻性能的影响。从所生产的线型聚能装药中选取典型的非对称聚能装药。试验装置由线型聚能
装药、炸高和靶板组成。通过测量线型聚能射流在靶板上的侵彻深度、开坑宽度等判断非对称条件下线型聚能射流的侵彻性能。
线型聚能装药参数:装药口径和高度为20mm，长度为80mm，药型罩壁厚为1mm，锥角为60°，装药为8701。其中一种是药型罩偏离装药轴线1mm，另一种为药型罩偏离装药轴线1mm，并与药型罩轴线的夹角为5°，与对称情况进行试验结果比较，炸高为40mm，侵彻试验结果分别如图3(a)、图3(b)、图3(c)所示，图中白粉笔线为聚能装药轴线。侵彻深度h、宽度b和开坑中心偏移聚能装药轴线x的测量结果如表1所示，其中 表示平均值。
1 线型聚能装药药型罩和装药的不对称
管桩>步态识别
图2 生产中常见的不对称情况
图3 侵彻试验结果比较
2 数值模拟
2.1 有限元模型
采用非线型有限元LS-DYNA3D软件对线型聚能射流的形成和侵彻装甲钢靶的作用过程进行数值模拟计算。采用ALE算法，其中线型聚能装药、药型罩、空气采用欧拉法，装甲钢靶采用拉格朗日算法。在空气边界处施加无反射边界条件以消除边界效应。分别对药型罩轴线与装药轴线不对称的三种情况进行了数值模拟。有限元模型如图4所示。酒精增稠剂
表1 侵彻测量结果(mm)NO. h h－ b h－ x x－标准线性9.510－聚能装药10.510.31110.6－ －11.011－药型罩偏3.910.57.2移药柱对4.34.311.411.97.67.7称轴1mm4.713.98.2偏移1mm，2.418.114.1夹角为5°3.12.716.817.414.514.1 2.717.313.6
图4 有限元模型
2.2 材料参数
线型聚能装药使用8701压制，采用高能燃烧材料模型和JWL状态方程来描述。其主要参数为:ρ0=1.685g/cm3，D=8130m/s，A=625.3，B=23.29，R1=5.25，R2=1.6，ω =0.28。
紫铜药型罩、603装甲钢，使用Johnson-Cook模型和Grüneisen状态方程来描述，其中本
构参数为钢:ρ =7.85g/cm3，A=1.1GPa，B=1.1GPa，n=0.26，C=0.014，m=1.03。紫铜:ρ =8.96g/cm3，A=0.09GPa，B=0.292GPa，n=0.31，C=0.025，m=1.09。
空气采用空物质材料模型，状态方程采用多项线型状态方程描述。把空气视为理想气体，ρ=1.25×10－3g/cm3。
3 结果及讨论
从表1试验结果数据可以看出，当药型罩轴线偏移装药轴线1mm时，射流在靶板上的开坑中心偏移装药轴线约为7.7mm，射流偏移垂直方向的角度为10.8°，其平均侵彻深度为 4.3mm，比标准情况少6mm，即侵彻深度降低了约58%。由于药型罩轴线偏移了聚能装药轴线，起爆装药后，爆轰波到达同一截面的时间不同，且垂直药型罩壁微元方向上药厚比不同，根据Gurney公式，微元的抛掷速度也不相同，造成药型罩微元在射流轴线上碰撞时，由于存在速度差，影响了射流的运动方向，偏离了对称轴线，使射流侵彻性能降低。
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