第２８卷第１期２００８年１月
爆炸与冲击
ＥＸＰＬ０ｓＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＷＡＶＥＳ
Ｖ０１．２８，Ｎｏ．１
ｊａｎ．。２００８
文章编号：１００１—１４５５（２００８）０１一００５７一０５
李晓杰，姜力，赵铮，刘大辉，欧阳欣
（大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４）
摘要：提出了一种利用蛤ＤＹＮＡ程序计算弹头翻转角度曲线的方法。在侵彻过程中，弹头的速度为３００ｍ／ｓ，转速分别为ｏ、３６００和６３７０ｒ／ｓ，金属薄板的速度分别为ｏ、４０和８０ｍ／ｓ。其中，弹头直径为７．６ｚｍｍ，圆形金属薄板的直径为８０ｍｍ，厚度为２ｍｍ．材料模型选择 陈蓉 海藻了考虑应变、应变率效应和温度效应的Ｊｏｈｎｓｏ俨Ｃｏｏｋ材料模型。通过数值模拟结果的比较来研究不同弹头转速和金属薄板速度对侵彻过程中弹头最终速度、翻转角度和弹道偏移的影响。 关键词：爆炸力学；侵彻；数值模拟；弹丸；弹道；金属薄板ｆ旋转
中图分类号：０３８５国标学科代码：１３０·３５３０文献标志码：Ａ
１引言
在国防工业上，弹头对结构的弹道侵彻性能十分重要。在侵彻过程中，伴随着高的应变、应变率和温度效应，以及材料的碎裂。目前，这种复杂的过程可以通过有限元程序进行模拟。实验证明Ｌ孓ＤＹ—ＮＡ非线性动力学有限元程序在计算这种类似问题上是非常可靠的［Ｉ］。该程序包含了多种接触算法和材料库，可以成功地计算这种高速下的侵彻问题。Ｈ．Ｋｕｒｔａｎ等［２］利用Ｌ孓ＤＹＮＡ程序对∥７．６２ｍｍ球头弹侵彻车门过程作了数值模拟，通过球头弹侵彻静止车门获得的结果来研究车门的抗侵彻性能。同时作了类似数值模拟研究的还有Ｔ．Ｂ口ｒｖｉｋ等［１］、周岩等［３３和董永香‘“。在上述的数值模拟过程中，都没有考虑目标的运动和弹头的转速。
在实际侵彻过程中，目标（汽车、飞机和火车等）大多都是运动的，同时为了保证弹头外弹道的稳定性，弹头也会带有很高的转速。在这种情况下，由于目标的运动，弹头在侵彻过程中将会产生翻转；
同时，弹头侵彻后的最终速度（弹头杀伤性）和弹道（影响命中目标的准确性）都将发生相应的变化。
本文中将通过数值模拟研究在弹头侵彻金属薄板的过程中，弹头的转速和金属薄板的运动对弹头最终速度、翻转角度和弹道偏移的影响。
２有限元计算模型
本文的数值模拟模型选用Ｈ．Ｋｕｒｔａｎ
等口］的近似车门模型，考虑弹丸的旋转和ｊ：
车门的运动。在考虑车门运动时，给金属Ｉ
薄板圆盘施加了方向的垂向速度，具体的ｕ互
有限元模型如图ｌ所示。弹头直径为
７．６２ｍｍ，长为２３．８１ｍｍ；金属薄板的直
径为８０ｍｍ，厚度为２ｍｍ，其中，薄板的
图１有限元模型
边界约束和弹头运动的方向一致。其具体Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ的网格划分如图２所示。ｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｕｌａｒｄｏｏｒ
·收稿日期：２００６一０７—０５，修回日期：２００６—１ｌ一２２
作者简介：李晓杰（１９６３一），男，博士，教授，博士生导师．
图２网格划分Ｆｉｇ．２Ｔｈｅ
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第１期李晓杰等：高速旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟５９化的：开始时，由于弹头和薄板的接触作用点靠前，则ｙ１＜匕，口＜ｏ，弹头负向翻转；随着弹头和薄板接触作用点的后移，最终Ｈ＞玩，口＞ｏ，弹头正向翻转，最终弹头将正向翻转移动。弹头翻转角度的变化可以从图６中看出，并且，随着金属薄板速度的增加，弹头的翻转角度和角速度均会增大。
由图５的弹道曲线可以看出，随着金属薄板速度的增加，弹头的弹道偏移量越来越大（其中Ｘ和ｙ分别为弹头在ｚ和ｙ方向上的位移）：
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＿。■鼍≤／．。．图４弹头速度和翻转角度曲线
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ａｔｔｈｅｄｉｆｆｅ嘲ｔｉｎｉｔｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｉ鹳ｏｆｔｈｅｓｈ∞ｔ＿ｍｅｔａｌｐｌａｔｅ
鸟笼的制作１．０１．５２．Ｏ２．５
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地下水位监测图５弹道曲线图６弹头的侵彻效果
Ｆｉｇ．５Ｂａｌｌｊｓｔｉｃ帆ｉｅｃｔｏｒｙｃｕｎ，酷Ｆｉｇ．６Ｐ∞ｅｔ朋ｔｉｏｎ西ｆｅｃｔｏｆｂｕｌｌｅｔａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒ朗ｔｔｉｍ∞
ａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉＩｌｉｔｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｉｎｃａ∞ｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉＩｌｉ血ｌｖｅｌｏｃｉｄｅｓ
ｏｆｍｅｓｈｅｅｔ－ｍｅｔａｌｐｈｔｅｏｆｔｈｅｓｈｅｅｔ－ｍｅｔａｌｐｌａｔｅ
４．３旋转弹头侵彻运动金属薄板的数值模拟
初始时刻弹头速度为３００ｍ／ｓ，转速为０、３６００和６３７０ｒ／ｓ，薄板初始速度为８０ｍ／ｓ。计算１００ｐｓ后获得的弹头速度（ｚ方向）曲线、翻转角度曲线和弹道曲线如图７～８所示。
由图７（ａ）中的速度曲线可以看出，随着弹头转速的增加，弹头在工方向上的最终速度越来越大，同时速度的衰减也越来越慢。
由图７（ｂ）中的翻转角度曲线可以看出，随着弹头转速的增加，弹头的负向翻转角度将减小，而正向的翻转角速度则减小（由图９也可以看出）。
由图８中的弹道曲线可以看出，随着弹头转速的增加，弹头的弹道偏移量越来越小。
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爆炸与冲击第２８卷
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图７弹头速度和翻转角度曲线
Ｆｉｇ．７Ｃｕｒ、，∞ｏｆｂｕｌｌｅｔｖｅｋ圮ｉｔｉ鹳ａｎｄｔｕｒｎｉｒｌｇａｒｌｇｌ∞ａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｓ
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图８弹道曲线
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４．４计算结果的整理
对前面获得的结果进行整理，如表ｌ所示。其中‰为弹头初速，ｎ为弹头转速，砩为薄板速度，％为弹头在ｚ方向的最终速度，口为ｔ＝１００ｆＩｓ时弹头的翻转角度，ｙ为当弹头在ｚ方向上的位移Ｘ＝２．’０１ｃｍ时的弹头弹道偏移。
５结论
图９弹头的侵彻效果
Ｆ．ｇ．９Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｂｕｌｌｅｔ
ｗｉｔｈｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｓ
ａｔｔｈｅ
ｄｉｆｆｅｒ叽ｔｔｉｍｅｓ
裹ｌ计算结果金属工艺品制作
ＴｈｂｋｌＣａＩ伽ｌａｔＩ佃ｒ器ｕｌｔｓ
通过利用Ｌ孓ＤＹＮＡ有限元程序，对高速旋转弹头侵彻运动金属薄板的过程进行数值模拟，可得出以下结论：
（１）在弹头侵彻运动金属薄板的过程中，不但弹头的弹道会发生偏移，同时弹头本身也会发生翻转。
（２）弹头在侵彻运动金属薄板的过程中，其自身的翻转方向是变化的。开始时，由于弹头和薄板的接触作用点靠前，则ｙ。＜ｙ２，口＜Ｏ，弹头负向翻转；随着弹头和薄板接触作用点的后移，最终ｙｌ＞ｙ２，ａ
＞Ｏ，弹头正向翻转，最终弹头将正向翻转移动。
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