兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231193-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1193
收稿日期:
2023-12-17
上线日期:
2024-03-05
通讯作者:
LIU Zhenxian, JIANG Jianwei*(), LI Mei, XIE Hongwei
Received:
2023-12-17
Online:
2024-03-05
摘要:
压环是爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)装药结构中紧固装药和药型罩不可缺少的部件。为研究其在爆炸驱动过程中对药型罩形成EFP特征的影响,选取典型球缺型紫铜药型罩基准装药结构,采用有限元分析软件的拉格朗日、任意拉格朗日-欧拉、光滑粒子流法(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)及有限元法(Finite Element Method,FEM)-SPH自适应耦合等算法分别建模和仿真计算,对各算法计算获得的EFP速度和形态特征与脉冲X光摄影拍摄的EFP图像进行对比,采用FEM-SPH算法获得高精度的EFP成型仿真结果。针对该基准装药结构,在压环与药型罩质量比MR/ML≤0.2范围,进行矩形及非矩形压环参数(如轴向、径向厚度及截面形状)和材料对EFP初速、质量转换比、长径比和气动特性(密实度及迎风面积)参数影响的仿真计算。研究结果表明:矩形截面压环的轴向、径向厚度及材料参数对EFP初速影响在3%以内;对EFP质量转换比呈递减趋势(最大可降低12.6%);对EFP长径比呈递减趋势(最大可降低19.2%);密实度呈递增趋势,钢环较无压环,EFP的密实度提高32.6%;迎风面积呈递减趋势。以上结果表明考虑压环有利于EFP翻转成型和形成更密实的杆式EFP,并减小其迎风阻力。所得研究结果可为EFP装药结构的优化设计提供指导。
中图分类号:
刘贞娴, 蒋建伟, 李梅, 谢泓炜. 压环对爆炸成型弹丸成型影响的高精度仿真分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231193-.
LIU Zhenxian, JIANG Jianwei, LI Mei, XIE Hongwei. High Precision Simulation of the Influence of Pressing Ring on EFP Forming Properties[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231193-.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
铜 | 钢 | 铝 | 铜 | 钢 | 铝 | |||||||||
ρ/ (g·cm-3) | 8.96 | 7.85 | 2.78 | D1 | 0.54 | 0.10 | 0.13 | |||||||
A/MPa | 90 | 506 | 265 | D2 | 4.89 | 0.76 | 0.13 | |||||||
B/MPa | 292 | 320 | 426 | D3 | -3.03 | 1.57 | -1.50 | |||||||
n | 0.31 | 0.28 | 0.34 | D4 | 0.014 | 0.005 | 0.011 | |||||||
C | 0.025 | 0.064 | 0.015 | D5 | 1.12 | -0.84 | 0 | |||||||
m | 1.09 | 1.06 | 1.70 |
表1 金属材料J-C模型参数[21-22]
Table 1 J-C model parameters of liner[21-22]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
铜 | 钢 | 铝 | 铜 | 钢 | 铝 | |||||||||
ρ/ (g·cm-3) | 8.96 | 7.85 | 2.78 | D1 | 0.54 | 0.10 | 0.13 | |||||||
A/MPa | 90 | 506 | 265 | D2 | 4.89 | 0.76 | 0.13 | |||||||
B/MPa | 292 | 320 | 426 | D3 | -3.03 | 1.57 | -1.50 | |||||||
n | 0.31 | 0.28 | 0.34 | D4 | 0.014 | 0.005 | 0.011 | |||||||
C | 0.025 | 0.064 | 0.015 | D5 | 1.12 | -0.84 | 0 | |||||||
m | 1.09 | 1.06 | 1.70 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρe/(kg·m-3) | 1.70 | R1 | 4.60 |
pC-J/GPa | 29.50 | R2 | 1.35 |
Ae/GPa | 854.5 | ω | 0.25 |
Be/GPa | 20.49 | E/GPa | 8.50 |
D/(m·s-1) | 8315 |
表2 炸药JWL状态方程模型参数[23]
Table 2 JWL model parameters ofexplosives[23]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρe/(kg·m-3) | 1.70 | R1 | 4.60 |
pC-J/GPa | 29.50 | R2 | 1.35 |
Ae/GPa | 854.5 | ω | 0.25 |
Be/GPa | 20.49 | E/GPa | 8.50 |
D/(m·s-1) | 8315 |
药型罩/压环算法以及试验值 | 长径比 | 初速v0/(m·s-1) |
---|---|---|
Lagrange | 2.88 | 2072 |
ALE | 2.80 | 2091 |
SPH | 2.90 | 2159 |
FEM-SPH | 3.06 | 2126 |
Lagrange/FEM-SPH | 2.94 | 2147 |
FEM-SPH/Lagrange | 3.09 | 2176 |
试验值 | 3.24 | 2120 |
表3 170μs时刻EFP参数仿真结果与测试结果对比
Table 3 Comparisonamong calculated and test results of EFP characteristic parameter values
药型罩/压环算法以及试验值 | 长径比 | 初速v0/(m·s-1) |
---|---|---|
Lagrange | 2.88 | 2072 |
ALE | 2.80 | 2091 |
SPH | 2.90 | 2159 |
FEM-SPH | 3.06 | 2126 |
Lagrange/FEM-SPH | 2.94 | 2147 |
FEM-SPH/Lagrange | 3.09 | 2176 |
试验值 | 3.24 | 2120 |
压环材料 | ρ/(g·cm-3) | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|---|
钢压环 | 7.85 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
铝压环 | 2.78 | 2091 | 3.38 | 0.67 | 232.35 | 0.91 |
无压环 | 0 | 2074 | 3.61 | 0.56 | 380.13 | 0.99 |
表4 不同压环材料下EFP特征参数值(170μs时刻)
Table 4 Calculated results of characteristic parameter values of EFPs with and without pressing rings made of different materials (170μs)
压环材料 | ρ/(g·cm-3) | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|---|
钢压环 | 7.85 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
铝压环 | 2.78 | 2091 | 3.38 | 0.67 | 232.35 | 0.91 |
无压环 | 0 | 2074 | 3.61 | 0.56 | 380.13 | 0.99 |
h/Dc | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.0089 | 2110 | 3.30 | 0.77 | 586.21 | 0.96 |
0.0178 | 2112 | 3.15 | 0.78 | 380.13 | 0.94 |
0.0267 | 2122 | 3.12 | 0.77 | 232.89 | 0.91 |
0.0357 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
表5 不同径向厚度下EFP特征参数值(170μs时刻)
Table 5 Calculated results of characteristic parametervalues of EFPs with different radial thicknessesof pressing ring(170μs)
h/Dc | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.0089 | 2110 | 3.30 | 0.77 | 586.21 | 0.96 |
0.0178 | 2112 | 3.15 | 0.78 | 380.13 | 0.94 |
0.0267 | 2122 | 3.12 | 0.77 | 232.89 | 0.91 |
0.0357 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
图15 不同压环径向厚度下φ/φ0-h/Dc、Ar/Ar0-h/Dc 曲线(170μs时刻)
Fig.15 φ/φ0-h/Dcand Ar/Ar0-h/Dc curves of EFPs with different radial thicknessses of pressing ring(170μs)
l/Dc | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.0178 | 2084 | 3.65 | 0.56 | 346.36 | 0.98 |
0.0357 | 2098 | 3.38 | 0.73 | 226.98 | 0.91 |
0.0535 | 2120 | 3.07 | 0.79 | 240.53 | 0.88 |
0.0714 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
表6 不同轴向厚度下EFP特征参数值(170μs时刻)
Table 6 Calculated results of EFP characteristic parameter values of EFPs with different axial thicknesses of pressing ring(170μs)
l/Dc | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.0178 | 2084 | 3.65 | 0.56 | 346.36 | 0.98 |
0.0357 | 2098 | 3.38 | 0.73 | 226.98 | 0.91 |
0.0535 | 2120 | 3.07 | 0.79 | 240.53 | 0.88 |
0.0714 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
图19 不同压环轴向厚度下φ/φ0-l/Dc、Ar/Ar0-l/Dc 曲线(170μs时刻)
Fig.19 φ/φ0-l/Dcand Ar/Ar0-l/Dc curves of EFPs writh different axial thicknesses of pressing ring(170μs)
截面形状系数ζ | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.5 | 2124 | 3.39 | 0.71 | 431.89 | 0.89 |
0.75 | 2120 | 3.17 | 0.74 | 268.22 | 0.89 |
1 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
表7 不同截面形状下EFP特征参数值(170μs时刻)
Table 7 Calculation results of EFP characteristic parameter valuesof EFPs with different sectional shapes of pressing ring(170μs)
截面形状系数ζ | v/(m·s-1) | λ | φ | Ar/mm2 | η |
---|---|---|---|---|---|
0.5 | 2124 | 3.39 | 0.71 | 431.89 | 0.89 |
0.75 | 2120 | 3.17 | 0.74 | 268.22 | 0.89 |
1 | 2126 | 3.06 | 0.83 | 254.47 | 0.88 |
[1] |
隋树元, 王树山. 终点效应学[M]. 北京: 国防工业出版社,2000:233-237.
|
|
|
[2] |
朱志鹏, 门建兵, 蒋建伟, 等. 大长径比钽爆炸成型弹丸控制研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(增刊1):29-36.
|
|
|
[3] |
丁力, 蒋建伟, 王树有, 等. 钽爆炸成型弹丸成型及断裂特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(增刊1):53-58.
|
|
|
[4] |
杨绍卿. 灵巧弹药工程[M]. 北京: 国防工业出版社,2010:1-7.
|
|
|
[5] |
李玉品, 周春桂, 王志军, 等. 夹层聚能装药EFP成型及侵彻数值模拟[J]. 兵器装备工程学报, 2019, 40(3):57-60.
|
|
|
[6] |
付恒, 蒋建伟, 王树有, 等. 爆炸成型弹丸药型罩用高密度合金选取准则[J]. 兵工学报, 2022, 43(9):2330-2338.
|
doi: 10.12382/bgxb.2021.0826 |
|
[7] |
卞梁. 高速碰撞中的SPH方法及其应用研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2011.
|
|
|
[8] |
门建兵, 蒋建伟, 王树有. 爆炸冲击数值模拟技术基础[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2015.
|
|
|
[9] |
黄正祥. 聚能装药理论与实践[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2014.
|
|
|
[10] |
丁力, 蒋建伟, 门建兵, 等. 爆炸成型弹丸成型过程中的断裂数值模拟及机理分析[J]. 兵工学报, 2017, 38(3):417-423.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.03.001 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.03.001 |
|
[11] |
郑元枫, 王仕鹏, 李培亮, 等. 活性/金属串联爆炸成型弹丸侵爆耦合毁伤行为[J]. 兵工学报, 2023, 44(8):2273-2282.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0356 |
|
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
胡德安, 韩旭, 肖毅华, 等. 光滑粒子法及其与有限元耦合算法的研究进展[J]. 力学学报, 2013, 45(5):639-652.
doi: 10.6052/0459-1879-13-092 |
|
|
[15] |
吴嘉炜, 王新峰, 古兴瑾, 等. 基于FEM-SPH自适应耦合方法的蓝宝石DOP性能研究[J]. 南京航空航天大学学报, 2023, 55(4):711-717.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
王昕, 蒋建伟, 王树有, 等. 爆炸成型弹丸侵彻钢靶的后效破片云实验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(7):1284-1290.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.07.005 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.07.005 |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
陈刚, 陈忠富, 徐伟芳, 等. 45钢的J-C损伤失效参量研究[J]. 爆炸与冲击, 2007, 27(2):131-135.
|
|
|
[22] |
|
[23] |
林加剑. EFP成型及其终点效应研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2009.
|
|
[1] | 杨茜, 冯榆坤, 陈作钢, 张岩. 浅水条件下喷水推进船航态及喷射流形态研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 123-132. |
[2] | 姜豪杰, 彭永, 孙宇雁, 王子国, 徐佳沛. RC桥墩的爆炸毁伤规律及快速计算模型[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 305-316. |
[3] | 许辉, 陈作钢, 蔡佑林. 基于壁模化大涡数值模拟的喷水推进泵内湍流运动特性分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 55-64. |
[4] | 金文, 蒋建伟, 门建兵, 李梅, 李海峰, 周鑫. 柱形容器约束下内装粉体冲击响应特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 183-190. |
[5] | 张琨, 赵长啸, 韩彪, 纪冲, 张波, 张凯凯, 唐蓉. 多弹丸协同冲击下柱壳装药响应特性数值模拟及试验[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 70-80. |
[6] | 王卿硕, 郭磊, 高洪寅, 何源, 王传婷, 陈鹏翔, 何勇. 梯度弹体结构轴向振动仿真研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 191-199. |
[7] | 杨贵涛, 郭锐, 宋浦, 高光发, 俞旸晖. 形成串联爆炸成型弹丸的组合药型罩结构参数研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3056-3070. |
[8] | 鲁航, 刘昊然, 陈泰然, 黄彪, 王国玉, 陈慧岩. 喷水推进两栖车辆水面航行特性试验与数值计算研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2629-2645. |
[9] | 郭俊廷, 余永刚. 埋头弹药二次点火过程复杂流场特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2282-2293. |
[10] | 严泽臣, 岳松林, 邱艳宇, 王建平, 赵跃堂, 施杰, 李旭. 水下爆炸冲击波反射压力计算方法的改进[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1196-1207. |
[11] | 高鹏, 王芳, 汪聪, 牛文煜. 偏心药型罩在D型装药中的设计及成型性能研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 720-730. |
[12] | 任国武, 康怀浦, 张绍龙, 张崇玉, 陈永涛, 汤铁钢. 两点侧面对称起爆下不同金属的激波斜碰行为[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 3892-3902. |
[13] | 王泽华, 潘腾, 刘瀚, 周宏元, 黄广炎, 张宏. 基于THUMS模型的人员胸部爆炸冲击波致伤机理[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3754-3764. |
[14] | 李婧, 孙晓霞, 马兴龙, 朱文祥. 开孔泡沫金属传热和流动特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 122-130. |
[15] | 康耕新, 颜海春, 张亚栋, 刘明君, 郝礼楷. 接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 144-155. |
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