线型聚能切割器切割靶板过程相似率的数值模拟
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聚能射流侵彻钢板相似律数值模拟研究
Ｐ ＝ ｅ Ｚｅ ／ ｙ ｅ ， Ｐ ｅ ， Ｄ ｅ ’ ’ Ｅ ．Ｕｓ，ｏ ＇ ． Ｈ Ｚ ｆ Ｉ
，
形成的高速流体 ， 它将炸药的能量传给金属药型罩 ， 并 以很大 的速度向轴线运动汇聚（ 压垮 ） ， 药型罩 内壁在 压垮 中产生速度更高的塑性金属 流ｕ 。聚能射流形成 过程属于复杂 的大变形 问题Ｉ ２ １ ， 很难用传统 力学公 式 描述 ； 前人对聚能装药 的研究主要是 以试验为主 。随 着计算机技术和数值分析方法 的发展 ， 数值模拟逐渐
成 为 研 究 聚 能 装 药 的重 要 方 法ｐ １ 。法 国 Ｊ ． Ｂ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ于
Ｅ， ’
Ｃ ｝ （ １ ）
Ｃｖ
取Ｚ 、 、 作 为基 本量 ， 可把 式 （ １ ） 改写 成无量 纲形
式：
Ｄｅ
， ， ，
１ ８ ４ ８ 年建立 了相 似第一定理 以来 ， 相 似律逐渐完善， 并得到广泛应用 ； １ ９ ７ ３ 年Ｂ ａ ｋ ｅ ｒ 等人又对相似性 和定 比例作 了很好研讨 。若将相似理论用于聚能装药侵 彻钢 板 ， 可 以大大 减小 经 费开 支 、 缩 短研 究周 期 。
是 炸 药 的特 征 尺 寸 Ｚ （ 包 括 装 药 高 度 及 装 药 直 径 等） 。
看 两模 型 的装 药 型 号 、 装 药密 度 、 药型 罩 、 外 元 和
靶板材料 、 药型罩锥角和弹靶相对位形倾角均相 同， 则 （ ２ ） 和（ ３ ） 式 可简 化 为 ：
外壳与药型罩是一整体 ， 材料相同 ， 其影响因素有 ： 特
征 尺 寸 （ 包 括 罩体 的厚度 及 长 度 等 ） ， 材 料 密度 ， 材 料 弹性 模 量 Ｅ， 泊 松 比 材 料 动态 屈服 强度 ， 定 容 比 热 ｅ、 药型罩锥角 ａ ｃ 。 （ ２ ） 靶 板的主要影响因素有 ： 靶 板 材料 的密度 ， 弹 性模 量 ， 泊松 比 ， 材料 中的声 速 Ｇ， 动 态 屈 服强 度 、 靶板 的特 征 尺寸 么（ 包括 靶 板 的长
，
形成的高速流体 ， 它将炸药的能量传给金属药型罩 ， 并 以很大 的速度向轴线运动汇聚（ 压垮 ） ， 药型罩 内壁在 压垮 中产生速度更高的塑性金属 流ｕ 。聚能射流形成 过程属于复杂 的大变形 问题Ｉ ２ １ ， 很难用传统 力学公 式 描述 ； 前人对聚能装药 的研究主要是 以试验为主 。随 着计算机技术和数值分析方法 的发展 ， 数值模拟逐渐
成 为 研 究 聚 能 装 药 的重 要 方 法ｐ １ 。法 国 Ｊ ． Ｂ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ于
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取Ｚ 、 、 作 为基 本量 ， 可把 式 （ １ ） 改写 成无量 纲形
式：
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１ ８ ４ ８ 年建立 了相 似第一定理 以来 ， 相 似律逐渐完善， 并得到广泛应用 ； １ ９ ７ ３ 年Ｂ ａ ｋ ｅ ｒ 等人又对相似性 和定 比例作 了很好研讨 。若将相似理论用于聚能装药侵 彻钢 板 ， 可 以大大 减小 经 费开 支 、 缩 短研 究周 期 。
是 炸 药 的特 征 尺 寸 Ｚ （ 包 括 装 药 高 度 及 装 药 直 径 等） 。
看 两模 型 的装 药 型 号 、 装 药密 度 、 药型 罩 、 外 元 和
靶板材料 、 药型罩锥角和弹靶相对位形倾角均相 同， 则 （ ２ ） 和（ ３ ） 式 可简 化 为 ：
外壳与药型罩是一整体 ， 材料相同 ， 其影响因素有 ： 特
征 尺 寸 （ 包 括 罩体 的厚度 及 长 度 等 ） ， 材 料 密度 ， 材 料 弹性 模 量 Ｅ， 泊 松 比 材 料 动态 屈服 强度 ， 定 容 比 热 ｅ、 药型罩锥角 ａ ｃ 。 （ ２ ） 靶 板的主要影响因素有 ： 靶 板 材料 的密度 ， 弹 性模 量 ， 泊松 比 ， 材料 中的声 速 Ｇ， 动 态 屈 服强 度 、 靶板 的特 征 尺寸 么（ 包括 靶 板 的长
聚能射流对靶板侵彻的数值仿真
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兵 工 自 动 化
Ｏｒ ｄｎａｎｃ ｎｄｕｓ ｒ ｕｔ ｅＩ ｔｙ Ａ ｏｍ ａｔｏｎ ｉ
２０１ ０ｌ ０．
２ （） ９ １
ｄ ｉ １．９ ９ｊ ｓｎ１０ ・５ ６２ １．１ ０ ｏ： ０３ ６ ／ｉｓ．０ ６１ ７ ．０ Ｏ０ ． ７ ． ０
聚能射 流对靶 板 侵彻 的数 值仿 真
崔 军 ， 徐 峰 ， 李 向 荣 （ 甲 兵 工 程 学 院 兵 器 工 程 系 ， 北 京 １０ ７ ） 装 ００ ２
摘要 ：利 用 ＡＵＴ ＤＹＮ非 线性 动 力学分析 软 件 ，采 用 Ｊ ｈ ｓｎＣ ｏ 动 态本 构模 型和 多物 质 Ｅ ｌｒ算法 ，对 某子 Ｏ ｏ ｎｏ ｏ ｋ ｕｅ 母 弹的 子弹 聚 能射 流 形成 、侵 彻 钢板 过程 进行 了数 值 仿真 ，得到 与 试验 结 果相 近的 聚 能射 流形 成和 侵彻 的 物理 现 象 和规律 ，验 证 了该 模 型和数 值 模拟 的合 理 性 ，为 该弹 的测 试 和鉴 定提 供 一些 理论依 据 ，对 聚能破 甲战斗部 的工程设
兵 工 自 动 化
Ｏｒ ｄｎａｎｃ ｎｄｕｓ ｒ ｕｔ ｅＩ ｔｙ Ａ ｏｍ ａｔｏｎ ｉ
２０１ ０ｌ ０．
２ （） ９ １
ｄ ｉ １．９ ９ｊ ｓｎ１０ ・５ ６２ １．１ ０ ｏ： ０３ ６ ／ｉｓ．０ ６１ ７ ．０ Ｏ０ ． ７ ． ０
聚能射 流对靶 板 侵彻 的数 值仿 真
崔 军 ， 徐 峰 ， 李 向 荣 （ 甲 兵 工 程 学 院 兵 器 工 程 系 ， 北 京 １０ ７ ） 装 ００ ２
摘要 ：利 用 ＡＵＴ ＤＹＮ非 线性 动 力学分析 软 件 ，采 用 Ｊ ｈ ｓｎＣ ｏ 动 态本 构模 型和 多物 质 Ｅ ｌｒ算法 ，对 某子 Ｏ ｏ ｎｏ ｏ ｋ ｕｅ 母 弹的 子弹 聚 能射 流 形成 、侵 彻 钢板 过程 进行 了数 值 仿真 ，得到 与 试验 结 果相 近的 聚 能射 流形 成和 侵彻 的 物理 现 象 和规律 ，验 证 了该 模 型和数 值 模拟 的合 理 性 ，为 该弹 的测 试 和鉴 定提 供 一些 理论依 据 ，对 聚能破 甲战斗部 的工程设
线型聚能切割器在工程爆破中的应用研究
线型聚能切割器在工程爆破中的应用研究纪 冲 龙 源 杨 旭 刘建青 刘维柱解放军理工大学工程兵工程学院(南京,210007)[摘 要] 以线型聚能装药切割器技术在某爆破工程中应用的实例,分析了线型聚能射流切割目标的原理及影响因素,提出了对于一般常用钢构件材料条件下工程爆破采用线型聚能切割器的参数设计方法,进而展望了此器材在工程爆破中应用的发展前景。
[关键词] 工程爆破 线型聚能切割器 金属射流 钢结构物[分类号] T G481 引言自1888年C.E.M un roe首次发现了不带药型罩的“门罗效应”以来,各国学者系统地研究了聚能装药(Shaped Charge)射流形成机理,并将其广泛应用在军事领域中,用来进行各种破坏作业(如大型桥梁、重点建筑物的破坏)。
在以工程建设为目的的爆破施工中,比如石油开采、硬土或冻土中快速穿孔等也被大量应用。
但是,作为聚能装药的重要组成部分,线型聚能装药在工程爆破中的应用较圆柱型聚能装药的应用还有较大的差距。
本文通过工程实例研究此器材在工程爆破中的应用,探讨其应用前景。
2 聚能射流切割原理及其应用概述聚能罩采用楔形罩的装药称为线型聚能装药(L SC),也称平面对称型聚能装药。
装药爆炸后,高温高压的爆轰产物沿装药空穴表面法线方向迅速散射。
由于空穴的影响,产物向轴线集聚形成一股高速高压气流。
如果存在金属药型罩,爆轰产物则以高达几十万大气压的压力作用于药型罩,将其压垮。
而后向对称轴闭合运动,并在对称平面内发生高速碰撞,药型罩内壁附近的金属在对称平面上挤出一块向着装药底部高速运动的融塑状态的高速片状金属射流,其头部速度最高可达7000m・s-1～8000m・s-1,温度升高至4000℃～5000℃。
金属射流与金属等靶板发生相互作用时,迫使靶板表面压力突然达到几百万大气压。
在高压作用下,靶板表面介质被排开,向侧表面堆积[1]。
线型聚能装药正是依靠这种片状的“聚能刀”,实现对金属等致密材料的切割。
线型聚能切割器切割靶板过程相似率的数值模拟
线型聚能切割器切割靶板过程相似率的数值模拟
杜学良;苟瑞君;候红霄;韩加宏
【期刊名称】《工程爆破》
【年(卷),期】2012(018)002
【摘要】利用相似理论分析了线型聚能切割器(LSCC)切割钢靶板过程的相似参数,建立了该钢靶板的相似率关系.在此基础上以文献[5]中的线型聚能切割器为计算模型,应用ANSYS/LS-DYNA3D软件对其进行模拟,通过与试验结果对比证明了模拟的正确性.然后对满足模拟比的聚能切割器切割靶板的过程进行了模拟,对比分析了其射流头部速度及侵彻深度.结果表明,相似率模型在线型聚能切割器切割靶板过程中是成立的.
【总页数】4页(P18-21)
【作者】杜学良;苟瑞君;候红霄;韩加宏
【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
【正文语种】中文
【中图分类】TJ410.3+33;TD235.4+7
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3.线型聚能切割器水下切割钢板性能的数值模拟研究 [J], 潘书才;钟明寿;谢兴博;王敏
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5.起爆方式对线型聚能切割器性能影响的数值模拟研究 [J], 沈晓斌
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拐角型线型聚能装药爆炸成形及侵彻钢靶的实验与数值模拟研究
以采 用 自适 应 网格 法 加 以避 免 ， 但会 产 生 一定 计 算 误差。 Ｅ ｌ 而 ｕｅ 比较 适合 大变 形过程 的计 算 ， ｒ法 它不 存 在 网格 变形 的 问题 ， 是其 中各物 质 发生 相 对 流 只 动 ， 当对 计算 中物质 变形程 度 较为关 心时 ， 但 其计 算
及两 种 方法 的结 合 Ａ Ｅ法 。对 于 一些 扭 曲不 太 严 Ｌ 重或 变形 不太 大 的动力 学 问题 ， 以采用 Ｌ ｇ ａ ｇ 可 ａ ｒｎ ｅ
结 合 数值 模 拟 ， 进行 了线 型 聚 能装 药 拐 角对 接 处 侵彻 能力 实验研究 。试验 采用 楔角 角 度为 １ ０ 的 ０。 大楔角 线型 聚能切 割器 ， 材料 为铅 锑合 金 ， 炸药采 用 Ｂ炸药 ， 起爆 方式 采用 一 侧点 起 爆 ， 高 为 ８ ｍ， 炸 ａ ｒ 靶 板 材质 为 Ａ３ ， 钢 试验 设置 如 图 １ 示 Ｅ 所 。
泛 应用 于爆 炸成形 问题 。 １ 线 型聚 能装药 拐角 对接处 侵彻 能 力 实验研究
了聚能装 药 （ 无罩 ） 的穿 甲作用 与 凹槽 形 状 以及许 多 其他 因素之 间 的关 系 。聚能装 药仅 是在 第二 次世 界 大 战期 间才得 到 了广泛 的实 际应用 。 苏联 学者 ［ 波 如 柯 罗夫 斯 基 （ Ｏ ｐＢＫ Ｐ 、 普 联 捷 夫 （Ｉ ｐＨ ｅ ） Ｈ ＫＯＣＨ１ 拉 ） Ｊ Ｂｅ％ Ｂ ａ 等人 ］ 这方 面有 着重 要的贡献 。 在 随 着 线 型 聚 能 切 割器 在 实 际工 程 中 的广 泛 应 用 ， 统线 型切 口已经不 能 满 足工 程 中更 广 泛 的 需 传 求。 本文 工程 背景 为如何 通过 拐角连 接方 法 ， 线 型 使 聚能 切 割器爆 炸后 形成 闭合缺 口。数 值计 算方 法 是 认识 与研究 聚 能射 流成 型及其 对靶 板侵 彻过程 的重 要手 段 ， 流成 型 及其 侵 彻 过程 在 力 学上 可 归结 为 射 弹塑 性流体 动 力学 问题 。对于 弹塑性 流体 动力 学 问 题 ， 值 计 算 方 法 可 分 为 Ｌ ｇａｇ 数 ａ ｒｎ ｅ法 、 ｕｅ Ｅ ｌｒ法 以
及两 种 方法 的结 合 Ａ Ｅ法 。对 于 一些 扭 曲不 太 严 Ｌ 重或 变形 不太 大 的动力 学 问题 ， 以采用 Ｌ ｇ ａ ｇ 可 ａ ｒｎ ｅ
结 合 数值 模 拟 ， 进行 了线 型 聚 能装 药 拐 角对 接 处 侵彻 能力 实验研究 。试验 采用 楔角 角 度为 １ ０ 的 ０。 大楔角 线型 聚能切 割器 ， 材料 为铅 锑合 金 ， 炸药采 用 Ｂ炸药 ， 起爆 方式 采用 一 侧点 起 爆 ， 高 为 ８ ｍ， 炸 ａ ｒ 靶 板 材质 为 Ａ３ ， 钢 试验 设置 如 图 １ 示 Ｅ 所 。
泛 应用 于爆 炸成形 问题 。 １ 线 型聚 能装药 拐角 对接处 侵彻 能 力 实验研究
了聚能装 药 （ 无罩 ） 的穿 甲作用 与 凹槽 形 状 以及许 多 其他 因素之 间 的关 系 。聚能装 药仅 是在 第二 次世 界 大 战期 间才得 到 了广泛 的实 际应用 。 苏联 学者 ［ 波 如 柯 罗夫 斯 基 （ Ｏ ｐＢＫ Ｐ 、 普 联 捷 夫 （Ｉ ｐＨ ｅ ） Ｈ ＫＯＣＨ１ 拉 ） Ｊ Ｂｅ％ Ｂ ａ 等人 ］ 这方 面有 着重 要的贡献 。 在 随 着 线 型 聚 能 切 割器 在 实 际工 程 中 的广 泛 应 用 ， 统线 型切 口已经不 能 满 足工 程 中更 广 泛 的 需 传 求。 本文 工程 背景 为如何 通过 拐角连 接方 法 ， 线 型 使 聚能 切 割器爆 炸后 形成 闭合缺 口。数 值计 算方 法 是 认识 与研究 聚 能射 流成 型及其 对靶 板侵 彻过程 的重 要手 段 ， 流成 型 及其 侵 彻 过程 在 力 学上 可 归结 为 射 弹塑 性流体 动 力学 问题 。对于 弹塑性 流体 动力 学 问 题 ， 值 计 算 方 法 可 分 为 Ｌ ｇａｇ 数 ａ ｒｎ ｅ法 、 ｕｅ Ｅ ｌｒ法 以
罩顶角对聚能切割器切割深度影响的数值模拟
线 型聚能切 割器的设计 中 ， 侵彻 能力作为其 主要 目标 。影 响侵彻能 力 的因素有许 多 ， 而药型罩作 为切割器 的核心部分 ， 它的材料 、 尺寸和 几 何形状等 的选择对侵 彻能力 有很 大的影 响。 通过数 值模拟和试验研究两种方法 相互 验证和指导来研究罩顶 角 对线型 聚能 切割器切割深度 的影 响， 合理地 建立切割器模型 ， 应用 ＡＮ — Ｓ ＳＬ — Ｎ Ｄ软件 对其进行数值模 拟。Ｌ — ＹＮ Ｙ ／Ｓ ＤＹ Ａ３ Ｓ Ｄ Ａ软件 提供 了多种 材料模型和状 态方 程 ， 功能齐全的输 入输 出模块适 用于爆炸 、 冲击和侵 彻等 问题 的数值 模拟计 算 。数值模 拟可 以对选材 和结 构进行优 化设 计， 减少试 验次数 ， 节省 大量的人力 、 物力和财力 并能 预言试 验效果 和 展现详细的动态过程 的数据 和图片。 在试 验 中， 采取 如下图 ｌ 的装配方 法 ， 顶角为 ７ 。 罩 ０ 。药 型罩和外 壳采用铅锑合金 ， 靶板采用 ５ ６ Ａ０ 铝合金 ， 爆方式为棱上同时起爆 。 起
１ ｉ ０２ｎ
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７ｏ Ｏ罩顶角 ８。 ０罩顶角 ９。 ０晕顶角
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罩摹 膏角 度
图 ３不同罩 顶角 的射流形成并侵彻靶板 的模拟 图像
时阿 ‘ ） １ ｍ
图４不同罩顶角形 成射流并侵彻靶 板过程 中射 流Biblioteka 部纵 向速度变化 图 叵姻
图２ 线性聚能装药的基本结构与参数 本文将对 在同一装药 条件 下 ， 分别为 ７ 。 ８ 。９ 。 １０ 罩顶角 的 Ｏ 、０ 、０ 和 ０ 。 聚能切 割器进行模 拟计算 ， 以研究罩顶 角 的大小 对聚能切割 器侵彻深 度的影响规律 ， 成对 比并总结 规律 。 形 数值模拟 中材料及参数均与上述试 验的相同 ， 南于结构 的对称性 ， 采用 １２ ／ 纵截 面结构建模 。假设起爆方 式为棱上 同时起爆 ， 计算 中 ， 在 设置 多个起爆点 ， 这些点 同时起爆 ， 以实现棱上 同时起爆 的 目的 。考 虑到实 际情况 ， 性切 割器与靶板之间采用零炸高。 线
线型聚能装药射流形成及侵彻钢板的数值模拟
ｔ ０ｓ ＝
１ 建模 分析
ｆ ３９ ；ｌ ．９ｓ ｔ２ ．１８ ＝ ００
对 于炸药材 料采用高 能炸 药材料模 型和 Ｊ ＷＬ状态方 程描 述 ， Ｊ ＷＬ
状 态方程精确地描述了在爆炸驱动过程中爆轰气体产物的压力 、体积 、
能量特性 ， 状态方程的表达式 为： Ｊ ＷＬ
图 ３ 。
图 ３ 聚能装药 与钢靶相对位置示意图
数值模型 由炸药 、 药型罩 、 和靶板 四部 分组成 ． 中炸药 、 空气 其 药型
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科技慵报开发与经济
文章编号 ：０ ５ ６ ３ （ ０６ ２ — １１ ０ １０ — ０ ３ ２０ ） ３ ０ ８ － ２
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｃ—Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ Ｃ Ｎ ＭＹ
拟 ，通过其结果与现有实验结果进 行对比表明 Ｌ — Ｙ Ａ程序 可用于线型聚能词： 线型聚能装 药； 流； 射 数值模拟
中图分类号 ：Ｊ １．￣ Ｔ４ ０３４
文献标识码 ： Ａ
线型聚能装药是聚能装药 的一种 ， 其基本理论是从锥形聚能装药理 论 中引 申和扩充而来的 。线型 聚能装药起爆后 ， 金属罩在爆炸产物作用 下形成的高速金 属射 流 。 具有较强的切 割能力 ， 利用这种装药可 制成各 种爆炸切割器 。 用于切割金属和其他材料 。由于线型聚能的研究涉及到 炸药的爆轰 ， 材料 在高温 、 高压及 高应变率 下的大变形等复杂 的力学问 题， 这些一般都难 以用传统 的力学公式来描述 ， 所以人们对线型 聚能装 药的研究 以试验为主。随着计算机技术和数值分析方法的发展 ， 数值模 拟已经 成为一种研究聚能装药理论 的重要方法。在程序方面有 Ｅ Ｉ一 ， ＰＣ ３ 拉格朗 日 型显示流体代码 Ｅ Ｉ９ ，欧拉型流体码 Ｃ Ｍ，Ｕ Ｏ Ｙ 一 Ｄ ＰＣ ２ Ｔ Ａ ＴＤＮ２， ＡＴＤＮ３ Ｕ Ｏ Ｙ 一Ｄ等。本文将采用 Ｌ — Ｙ Ａ Ｄ软件对线 型聚能装 药射流 ＳＤ Ｎ ２ 形成及射流对钢板的切割进行数值模拟 。
１ 建模 分析
ｆ ３９ ；ｌ ．９ｓ ｔ２ ．１８ ＝ ００
对 于炸药材 料采用高 能炸 药材料模 型和 Ｊ ＷＬ状态方 程描 述 ， Ｊ ＷＬ
状 态方程精确地描述了在爆炸驱动过程中爆轰气体产物的压力 、体积 、
能量特性 ， 状态方程的表达式 为： Ｊ ＷＬ
图 ３ 。
图 ３ 聚能装药 与钢靶相对位置示意图
数值模型 由炸药 、 药型罩 、 和靶板 四部 分组成 ． 中炸药 、 空气 其 药型
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文章编号 ：０ ５ ６ ３ （ ０６ ２ — １１ ０ １０ — ０ ３ ２０ ） ３ ０ ８ － ２
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＩＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｃ—Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ Ｃ Ｎ ＭＹ
拟 ，通过其结果与现有实验结果进 行对比表明 Ｌ — Ｙ Ａ程序 可用于线型聚能词： 线型聚能装 药； 流； 射 数值模拟
中图分类号 ：Ｊ １．￣ Ｔ４ ０３４
文献标识码 ： Ａ
线型聚能装药是聚能装药 的一种 ， 其基本理论是从锥形聚能装药理 论 中引 申和扩充而来的 。线型 聚能装药起爆后 ， 金属罩在爆炸产物作用 下形成的高速金 属射 流 。 具有较强的切 割能力 ， 利用这种装药可 制成各 种爆炸切割器 。 用于切割金属和其他材料 。由于线型聚能的研究涉及到 炸药的爆轰 ， 材料 在高温 、 高压及 高应变率 下的大变形等复杂 的力学问 题， 这些一般都难 以用传统 的力学公式来描述 ， 所以人们对线型 聚能装 药的研究 以试验为主。随着计算机技术和数值分析方法的发展 ， 数值模 拟已经 成为一种研究聚能装药理论 的重要方法。在程序方面有 Ｅ Ｉ一 ， ＰＣ ３ 拉格朗 日 型显示流体代码 Ｅ Ｉ９ ，欧拉型流体码 Ｃ Ｍ，Ｕ Ｏ Ｙ 一 Ｄ ＰＣ ２ Ｔ Ａ ＴＤＮ２， ＡＴＤＮ３ Ｕ Ｏ Ｙ 一Ｄ等。本文将采用 Ｌ — Ｙ Ａ Ｄ软件对线 型聚能装 药射流 ＳＤ Ｎ ２ 形成及射流对钢板的切割进行数值模拟 。
线型聚能装药切割钢板过程的数值模拟
２．１ 聚 能装 药射流 刀形 成模 拟过 程
如 图３为 聚 能 装 药 射 流 刀 形 式 模 拟 过 程 ，ｔ＝６ ｓ
时，爆 轰 波传 播 到 炸药 边界 ，从外 壳 界 面处 不 断 地传 入
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第 ２３卷 第 ３期 （总 第 １０２期） Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．３（ＳＵＭ Ｎｏ．１０２）
机 械 管 理 开 发
Ｍ ＥＣＨＡＮＩＣＡＬ Ｍ ＡＮＡＧＥＭ ＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭ ＥＮＴ
２００８年 ６月 Ｊｕｎ．２００８
线 型 聚能 装 药切 割钢板 过 程 的数 值模拟
装 药 的研 究 主要 以试验为 主 。但是 ，实验研 究会 消耗 大
量 的人力 物力 。随 着计算 机 技术 和数 值分 析方 法 的发
展，数 值模 拟 已经 成 为一 种 研究 ＹＳｋＬＳ—ＤＹＮＡ程序对 线型 聚能装
药射 流形 成及射 流对 钢板 的切割 进行 数值模 拟 …
介 质 ，整 个爆 炸 过 程 为 绝 热过 程 ；装 药 结
攀 刘ｌ／ 药型罩
构 为 严 格 的 面 对 称
结 构 ，起爆 方 式 为 棱
靶 板
上 同 时起 爆 ｆ即装 药 为线 起 爆 方 式１本 文
图 １ 聚 能 切 割 模 型 示 意 图
能 装 药 是 线 型 的 可 以 将
ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｏｔｈｅｒ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｃｕｔｔｉ ｎ ｇ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ Ｎｕｍｅａｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔ ｉｏｎ；Ｌｉｎｅａｒ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ；Ｊｅｔ
线 型 聚能装 药是 聚 能装 药 的一种 ，其 基本 理论 是从 锥形 聚能装 药理 论引 申和扩充 而来 的 。线型 聚能 装药 起 爆 后，金 属罩 在 爆炸 产物 作 用下 形 成 的高速 金 属射 流，具 有 较强 的切割 能 力 ，利 用 这种 装 药 可制 成 各 种爆
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来确 定“ 。对 于图 １中 的装 药 结 构 ， 能装 药 的 特 聚 征参数 主要 有炸 药 的特征 尺寸 （ 包括 装 药高度 及
ｌ ， ， ｔ ｔＣ ， ， Ｈ， Ｔ ， ｆ Ｅ ， ，ｔ ｔＺ ， Ｄ 盯
纲形 式 ：
Ｄｅ Ｚｅ Ｚｓ
， ，
ｆ
深 度误差 进行 了拟合 来验 证相 似律 在线 型聚 能切 割
器 （ Ｓ Ｃ 中是否成 立 。 ＬＣ ）
取 Ｚ 、 和 ｐ 作为 基本 量 ， 式 （ ） 写成 无 量 把 １改
影 响 因素有 ２ 个 ， ０ 由于线 型 聚能切割 器切 割靶 板 的 威 力 通 常 由侵 彻 深 度 Ｐ 来 表 示 ， 据 量 纲 相 似 理 根 论 ， 彻深 度 Ｐ应该 是 上述 ２ 侵 ０个参 数 的 函数 ， ： 即
Ｐ一 厂 １ Ｄ，ｅ ｓ ｓ ｓ ， ｃ， （ 』 ０ ｅ ， ， ， ， ， ＼ １ ，， ｚ ｚ ＰＥ ｅ ｖ ）
为主 。随着 计算 机 技术 和数 值 分 析 方 法 的发 展 ， 数
值 模拟 逐渐 成为研 究 聚能装 药 的一 种重 要方 法 。 对 于 同 一 几何 形 状 相 似 的装 药 存 在 着 线 性 关 系 ， 种装 药是 另一 种 装 药放 大 １个 线 性 因子 比例 某 的结果 ， 这两 个 装 药 的几 何 形 状 是 相 似 的 。 自法 则
ｗｈｃ ａ ｉｆｅ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｔｏ ｐ ｎ ｔａ ｉｇ ｓｅ ｌｔ ｒ ｅ ｓｓｍｕａ ｅ ｉｈ ｓ ｔｓｉｄ ｔ ｅｓｍｕａ ｉ ａ ｉ ｅ ｅｒ ｔｎ ｔ ｅ ａ ｇ ｔｗａ ｉ ｌｔｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ｄ ａ ｄ ｏ ｎ ｈ ｐ ｅ ｆｊｔｈ ａ ｎ
部 速 度和侵 彻深 度是 否满 足 模 拟 比； 后对 满 足 几 最 何 相 似率 而相似 比不 同 的模 型 进 行 了模 拟 ， 侵 彻 对
弹一 相对 位形 的主 要影 响 因素 有 炸高 Ｈ 和倾 靶
角 。 ２ ２ 侵 彻 相 似 率 ．
综 上 所述 ， 线性 聚 能 射 流侵 彻靶 板 过 程 中 主要
第 １ ８卷 第 ２期 ２ ０ １ ２年 ６月
工 程 爆 破
ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＢＬＡＳＴＩ ＮＧ
Ｖｏ１ １ ． ８，ＮＯ ２ ．
Ｊ ｎ ２ ２ ｕｅ ０１
文章 编 号 ：１ ０ — ７ ５ （ ０ ２ ０ —０ １ —０ ０ ６ ０ １２ １ ）２ ０ ８ ４
ｓｍｕｌ ｔｏｎ ｒ ｓ ｔ ｒ ｏ ｄ ｔ ｏｒ ｅ ｔ ｂｙ ｃ ｍｐａ ｉｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ｔ ． Ｔｈｅ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉ ａ ｉ ｅ ｕｌｓ ｗｅ ｅ ｐｒ ｖｅ ｏ ｂｅ ｃ ｒ ｃ ｏ ｒｓ ｎ ｗｉｈ ｔ ｓ ｅ ｕｌｓ ｎ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ＬＳＣＣ
器切割靶板过程中是成立的。
关键 词 ： 线型聚能切割器 ；靶板 ； 量纲理论 ；相似率 ； 数值模拟
中 图 分类 号 ： Ｊ １． ３ ； Ｄ ３ ． ７ Ｔ４０ ３ ３ Ｔ ２５４
文 献标 识 码 ：Ａ
Ｎ Ｕ Ｍ ＥＲＩ ＣＡ Ｌ Ｍ Ｕ ＬＡＴ Ｉ ＳＩ ＯＮ ＯＦ Ｎ ＡＬＯ ＧＵ Ｅ Ａ ＲＵ ＬＥ Ｎ Ｈ Ｅ Ｉ Ｔ ＰＲＯＣＥＳＳ ＯＦ Ｎ ＥＡ Ｒ ＬＩ ＳＨ Ａ ＰＥＤ ＣＨ Ａ ＲＧ Ｅ ＣＵ ＴＴ ＥＲ ＰＥＮＥＴ ＲＡ ＴＩ Ｇ Ｈ Ｔ ＡＲＧＥＴ Ｎ Ｔ Ｅ ＰＬＡ Ｔ Ｅ
Ｄ己 Ｘｕ —ｉｎ ， ｅｌａ ｇ，ＧＯＵ ｉｊ ｎ，Ｈ ＯＵ ｏ ｇ ｘ ａ Ｈ Ａ Ｎ ｉ — ｏ ｇ Ｒｕ— ｕ Ｈ ｎ — ｉ ｏ， Ｊ ａｈ ｎ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ Ｃ ｅ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｍｉａ ｇｉ ｅｒｎ ｎ ｖ ｒ ｎ ｎ ，Ｎｏ ｔ ｉ ｅ ｓｔ ｆ Ｃｈ ｎ ｏ ｒｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｉ ａ，
ｓｍ １ ａ ｉ ｉ ｌ ｔｏｎ 】
１ 引 言
线 型聚 能 装 药 （ Ｓ 也 称 平 面 对 称 型 聚 能 装 Ｌ Ｃ） 药 ， 型罩呈 楔形 。当 药 型罩 受 到 炸 药 爆 炸后 所 形 药 成 高温高 压 的爆轰 产 物 作 用 时 ， 内壁金 属 在 对 称 其 平 面挤 出一块 向装 药 底 部 高 速运 动 的金 属 射 流 ， 与
厶
Ｐ
一ｆｚ，ｓ ｌｅ ， Ｚ Ｈ＼
—
．
’’ ｝
聚能装 药 爆 轰 时 ， 药对 药 型罩 的作 用 主要 与 装 爆轰 波参数 、 轰 后期 产 物 及 装 药量 有关 。爆 轰 波 爆
参数 主要有 压力 Ｐ 、 ｄ 密度 、 质点运 动速 度 Ｕ 、 声
作 者 简 介 ： 学 良 ， 读 硕 士 研 究 生 ， 要从 事 兵器 安 全工 程 。 杜 在 主
杜 学 良等 ： 型 聚能 切 割 器切 割靶 板 过 程 相 似 率 的 数 值 模 拟 线
・１ ・ ９
国 Ｂ ｒｒｎ ｅｔａ ｄＪ在 １ ４ ８ ８年 建立 了相 似第 １定理 以来 ， 相 似 律 一 直 被 补 充 和 完 善 ，并 得 到 广 泛 的 应 用 ，
同， 则式 （ ） ２ 和式 （ ） ３ 可简化 为 ：
图 １ 聚 能 射 流 侵 彻 靶 板 模 型
Ｆｇ １ Ｓ ｅｃ ｆｓ ａ ｅ ｈ ｒ ｅｊｔｍｏ ｅ ｉ． ｋ ｔｈ ｏ ｈ ｐ ｄ ｃ ａ ｇ ｅ ｄ ｌ
一
豢， ，卜 Ｊ ’ Ｃ ７ ＋ ’ Ｈ ｆ ｌ
（ ４ ） （ ５ ）
ｏ’｜ ’ ” ７ ｔ ｔ ｄ ＿ｔ ｔ ｏ ｔ ｜ ’ ６ ’ 。
ｐ ｔ
Байду номын сангаас如果 另一 模 型也满 足式 （ ）即 ： ２，
Ｉ Ｄ
’
Ｄ
Ｐ 一－ ， ， ｛ Ｉ
Ｃ
ｐ
． Ｄ
， Ｅ
—— 广
— ；＝， ａ ／ ｔ
ｔ
若 两模 型 的装 药 型 号 、 药 密 度 、 型 罩 、 壳 装 药 外 和 靶板 材料 、 型罩 锥 角 和 弹靶 相 对 位 形倾 角 均 相 药
线 型 聚 能切 割器 切 割 靶 板 过 程 相 似 率 的 数值 模 拟
杜 学 良 ，苟瑞 君 ，候 红 霄 ，韩 加 宏
（ 中北 大学化 工 与环境 学 院 ， 太原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘 要 ：利用相 似理论分析 ｌ线型聚能切割器（ Ｓ Ｃ） 『 Ｌ Ｃ 切割钢靶 板过程 的相似参数 ， 立了该钢 靶板 建
的相 似 率 关 系 。在 此 基础 上 以文 献 ［ ］ 的线 型 聚 能 切 割 器 为 计算 模 型 ， 用 ＡＮＳ ／ － ５中 应 ＹＳ Ｉ ＤＹＮＡ Ｄ 软 Ｓ ３
件 对 其 进 行 模 拟 ， 过 与 试验 结 果 对 比 证 明 了模 拟 的 正确 性 。 然 后 对 满 足 模 拟 比 的 聚 能 切 割 器切 割 靶 通 板 的过 程 进 行 了模 拟 ， 比分 析 了其 射 流头 部 速 度 及 侵 彻 深 度 。 结 果 表 明 ， 似率 模 型在 线 型 聚 能 切 割 对 相
一厂 ， ， ＼ ｛ ’ ’ ｝ 』
若装 药 的特征 尺寸 、 药型 罩和外 壳 的特征 尺寸 、
炸高以及靶板 的特征尺寸， 均满足相似 比 等 一 ，
Ｚｓ
一
速Ｃ 和爆 速 Ｄ ， 。根据爆 轰理 论 ， 些参 数 又最 等 这 终可 由炸药 多方 指 数 ｙ 、 药 密 度 及 其 爆 速 Ｄ 装
收 稿 日期 ： ０ １ ０ —０ ２ １ ９ １
靶 板发 生作 用并对 其 进行切 割 。由于线 型聚能 装 药 涉及炸 药 的爆轰 ， 材料 在 高温 、 高压及 高 应变 率下 发 生大变 形 等复杂 的力 学 问题很 难用 传统 的力 学公 式 描述 ， 以前人 对线 型 聚 能 装 药 的研 究 主要 以试 验 所
ｔ ｅ ｐ ｎ ｔ ａ ｉ ｅ ｔ ｅ ｅ ｃ ｍ ｐ ｒ ｄ ａ ｄ ａ ｌ ｚ ｄ． Ｔｈｅ ｎ ｈ ｅ ｅ ｒ ｔｏｎ ｄ ｐ ｈ ｗ ｒ ｏ ａ ｅ ｎ ｎａ ｙ ｅ ｕｍ ｅ ｉａ ｅ ｕ ｔ ｎｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ａ ａ ｏ ｒｃ ｌｒ ｓ ｌｓ ｉ ｉ ａ ｅ ｔ ａ ｈ ｎ ｌ ｇｕｅ ｒ ｅ ｕｌ ｍ ｏ ｌｉ ｅ ｂ ｅ ｉ ｈｅ ｐｒ ｃ ｓ ＣＣ ｅ ｅ ｒ ｔｎｇ ｓ ｅ ｌｔ ｒ ｅ ． ｄｅ ｓ ｔ ｎａ ｌ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓｏｆＬＳ ｐ ｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｅ ａ ｇ ｔ Ｋ ＥＹ ＯＲＤＳ： Ｌｉ ａ ｈ ｐｅ ｈ ｒ ｕｔｅ ； Ｔａ ｇｅ ａ ｅ；Ｄｉ ｅ ｉ ｎａ ｈｅ ｒ Ｗ ｎｅ ｒｓ ａ ｄ ｃ ａ ｇｅ ｃ ｔ ｒ ｒ ｔｐｌ ｔ ｍ ｎｓｏ ｌｔ ｏ ｙ； Ａ ｎ ｌ ｇｕｅｒ ｌ Ｎ ｕｍ ｅ ｉａ ａｏ ｕ ｅ； ｒｃ ｌ
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２ 理 论 分 析
２ １ 相 似 理 论 分 析 ．
Ｐ
— 一
，
，
，
，
ｒ
／ ＼ ／
Ｃ Ｅ Ｃ Ｈ
Ｊ
（） ２
根 据相 似 理 论 ， 响 聚能 射流 的参 数 主要 来 自 影 ３个方 面∞ ： ①聚 能装药 （ 括 炸药 、 壳 及药 型 罩 ） 包 外 的特 征参 数 ； 靶 板 的 特征 参 数 ； 弹一 的相 对 位 ② ③ 靶 形 的特 征参 数 。聚能切 割器切 割靶 板模 型见 图 １ 。
服强 度 和靶 板的特 征 尺寸 Ｚ 包 括 靶板 的长 度 、 （ 宽 度和厚 度 ） 。
ｌ ， ， ｔ ｔＣ ， ， Ｈ， Ｔ ， ｆ Ｅ ， ，ｔ ｔＺ ， Ｄ 盯
纲形 式 ：
Ｄｅ Ｚｅ Ｚｓ
， ，
ｆ
深 度误差 进行 了拟合 来验 证相 似律 在线 型聚 能切 割
器 （ Ｓ Ｃ 中是否成 立 。 ＬＣ ）
取 Ｚ 、 和 ｐ 作为 基本 量 ， 式 （ ） 写成 无 量 把 １改
影 响 因素有 ２ 个 ， ０ 由于线 型 聚能切割 器切 割靶 板 的 威 力 通 常 由侵 彻 深 度 Ｐ 来 表 示 ， 据 量 纲 相 似 理 根 论 ， 彻深 度 Ｐ应该 是 上述 ２ 侵 ０个参 数 的 函数 ， ： 即
Ｐ一 厂 １ Ｄ，ｅ ｓ ｓ ｓ ， ｃ， （ 』 ０ ｅ ， ， ， ， ， ＼ １ ，， ｚ ｚ ＰＥ ｅ ｖ ）
为主 。随着 计算 机 技术 和数 值 分 析 方 法 的发 展 ， 数
值 模拟 逐渐 成为研 究 聚能装 药 的一 种重 要方 法 。 对 于 同 一 几何 形 状 相 似 的装 药 存 在 着 线 性 关 系 ， 种装 药是 另一 种 装 药放 大 １个 线 性 因子 比例 某 的结果 ， 这两 个 装 药 的几 何 形 状 是 相 似 的 。 自法 则
ｗｈｃ ａ ｉｆｅ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｔｏ ｐ ｎ ｔａ ｉｇ ｓｅ ｌｔ ｒ ｅ ｓｓｍｕａ ｅ ｉｈ ｓ ｔｓｉｄ ｔ ｅｓｍｕａ ｉ ａ ｉ ｅ ｅｒ ｔｎ ｔ ｅ ａ ｇ ｔｗａ ｉ ｌｔｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ｄ ａ ｄ ｏ ｎ ｈ ｐ ｅ ｆｊｔｈ ａ ｎ
部 速 度和侵 彻深 度是 否满 足 模 拟 比； 后对 满 足 几 最 何 相 似率 而相似 比不 同 的模 型 进 行 了模 拟 ， 侵 彻 对
弹一 相对 位形 的主 要影 响 因素 有 炸高 Ｈ 和倾 靶
角 。 ２ ２ 侵 彻 相 似 率 ．
综 上 所述 ， 线性 聚 能 射 流侵 彻靶 板 过 程 中 主要
第 １ ８卷 第 ２期 ２ ０ １ ２年 ６月
工 程 爆 破
ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＢＬＡＳＴＩ ＮＧ
Ｖｏ１ １ ． ８，ＮＯ ２ ．
Ｊ ｎ ２ ２ ｕｅ ０１
文章 编 号 ：１ ０ — ７ ５ （ ０ ２ ０ —０ １ —０ ０ ６ ０ １２ １ ）２ ０ ８ ４
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器切割靶板过程中是成立的。
关键 词 ： 线型聚能切割器 ；靶板 ； 量纲理论 ；相似率 ； 数值模拟
中 图 分类 号 ： Ｊ １． ３ ； Ｄ ３ ． ７ Ｔ４０ ３ ３ Ｔ ２５４
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１ 引 言
线 型聚 能 装 药 （ Ｓ 也 称 平 面 对 称 型 聚 能 装 Ｌ Ｃ） 药 ， 型罩呈 楔形 。当 药 型罩 受 到 炸 药 爆 炸后 所 形 药 成 高温高 压 的爆轰 产 物 作 用 时 ， 内壁金 属 在 对 称 其 平 面挤 出一块 向装 药 底 部 高 速运 动 的金 属 射 流 ， 与
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聚能装 药 爆 轰 时 ， 药对 药 型罩 的作 用 主要 与 装 爆轰 波参数 、 轰 后期 产 物 及 装 药量 有关 。爆 轰 波 爆
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作 者 简 介 ： 学 良 ， 读 硕 士 研 究 生 ， 要从 事 兵器 安 全工 程 。 杜 在 主
杜 学 良等 ： 型 聚能 切 割 器切 割靶 板 过 程 相 似 率 的 数 值 模 拟 线
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国 Ｂ ｒｒｎ ｅｔａ ｄＪ在 １ ４ ８ ８年 建立 了相 似第 １定理 以来 ， 相 似 律 一 直 被 补 充 和 完 善 ，并 得 到 广 泛 的 应 用 ，
同， 则式 （ ） ２ 和式 （ ） ３ 可简化 为 ：
图 １ 聚 能 射 流 侵 彻 靶 板 模 型
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线 型 聚 能切 割器 切 割 靶 板 过 程 相 似 率 的 数值 模 拟
杜 学 良 ，苟瑞 君 ，候 红 霄 ，韩 加 宏
（ 中北 大学化 工 与环境 学 院 ， 太原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘 要 ：利用相 似理论分析 ｌ线型聚能切割器（ Ｓ Ｃ） 『 Ｌ Ｃ 切割钢靶 板过程 的相似参数 ， 立了该钢 靶板 建
的相 似 率 关 系 。在 此 基础 上 以文 献 ［ ］ 的线 型 聚 能 切 割 器 为 计算 模 型 ， 用 ＡＮＳ ／ － ５中 应 ＹＳ Ｉ ＤＹＮＡ Ｄ 软 Ｓ ３
件 对 其 进 行 模 拟 ， 过 与 试验 结 果 对 比 证 明 了模 拟 的 正确 性 。 然 后 对 满 足 模 拟 比 的 聚 能 切 割 器切 割 靶 通 板 的过 程 进 行 了模 拟 ， 比分 析 了其 射 流头 部 速 度 及 侵 彻 深 度 。 结 果 表 明 ， 似率 模 型在 线 型 聚 能 切 割 对 相
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若装 药 的特征 尺寸 、 药型 罩和外 壳 的特征 尺寸 、
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收 稿 日期 ： ０ １ ０ —０ ２ １ ９ １
靶 板发 生作 用并对 其 进行切 割 。由于线 型聚能 装 药 涉及炸 药 的爆轰 ， 材料 在 高温 、 高压及 高 应变 率下 发 生大变 形 等复杂 的力 学 问题很 难用 传统 的力 学公 式 描述 ， 以前人 对线 型 聚 能 装 药 的研 究 主要 以试 验 所
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２ 理 论 分 析
２ １ 相 似 理 论 分 析 ．
Ｐ
— 一
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根 据相 似 理 论 ， 响 聚能 射流 的参 数 主要 来 自 影 ３个方 面∞ ： ①聚 能装药 （ 括 炸药 、 壳 及药 型 罩 ） 包 外 的特 征参 数 ； 靶 板 的 特征 参 数 ； 弹一 的相 对 位 ② ③ 靶 形 的特 征参 数 。聚能切 割器切 割靶 板模 型见 图 １ 。
服强 度 和靶 板的特 征 尺寸 Ｚ 包 括 靶板 的长 度 、 （ 宽 度和厚 度 ） 。