旋转弹侵彻钢板的数值模拟(4)

旋转弹侵彻钢板的分析

4旋转弹垂直侵彻靶体的仿真分析

对于无尾翼弹体，飞行过程中的稳定性主要由转速控制，弹体的半径越小转速越高。弹体侵彻作为军工领域的一个重要课题，国内外学者针对侵彻效应问题开展了大量的研究工作并取得了丰硕的成果，然而在转速对侵彻性能的影响方面，做过的研究很少。本文针对旋转穿甲弹垂直侵彻钢靶进行仿真，分析旋转对垂直侵彻的影响。弹靶选用全模型，网格划分后的有限元模型如图1所示，弹体初速为700m/s，钢靶采 c d

图7 弹体侵彻过程及现象

弹体Y方向速度变化时程曲线如图7所示。从图中可以看到，弹体速度斜率从侵彻开始逐渐增大，随用固定约束和施加无反射边界条件。在侵彻刚开始阶段，由于转速的作用，弹体在与靶体接触前会产生一定的应力，图6展示了弹体三种不同转速下的应力，其单位为g-cm-us，经换算后三种情况下的应力最大值分别为：1.704MPa、12.19MPa和48.13MPa，可见，转速越大产生的应力就越大。

10000转/min 50000转/min 100000转/min

图6 弹体自身旋转产生的应力

在穿甲现象中，对钢靶来说最常见的四种形式有：冲塞穿甲、花瓣型穿甲、延性扩孔穿甲和破碎性穿甲。本文属于延性扩孔穿甲，它是弹体侵入良好的钢甲时常见的穿甲现象，图7为弹体侵彻过程及现象。在弹体刚接触钢板时，由于高速产生的高应力超过弹体和钢板的屈服应力，发生塑性变形，此阶段应力值达到1.962GPa，如图7a所示。随着弹体的侵入，在压应力作用下使靶板材料向最小抗力方向产生塑性流动，在钢甲表面产生金属堆积，形成翻起的唇边（靶前花瓣型变形）使靶板在弹侵彻处变厚，如图7b所示，此时应力波开始向四周传播，应力仍大于弹体和钢板的屈服应力，弹小于刚接触时的应力值。随着侵彻的进行，钢靶背表面凸起越来越大，形成鼓包，如图7c所示，鼓包越大越大，直到产生裂纹，弹体从鼓包处露出，形成靶后的翻唇，如图7d所示。

a b

着侵彻的进行，速度斜率由最大逐渐减小，直到侵彻结束，速度保持不变，这是因为刚开始时弹体速度较大，弹体头部由于发生塑性变形，与钢板的接触面积逐渐增加，导致所受阻力增大；当弹体头部形状趋于稳定时，随着侵彻的继续，弹体速度减小，导致所受阻力减小，弹体速度变化率减小。图8为不同转速弹体Y方向加速度时程变化曲线，已经过滤波器过滤，从中可以看出，在侵彻过程中弹体的加速度都会有个峰值，现代常规武器在侵彻过程中所承受的过载要远远大于在空气中飞行的过载，达到104g～105g量级[7]，

本文中最大侵彻过载值达到7.6×105

g左右。然后随着速度减小和阻力减小，弹体的加速度逐渐减小，侵彻结束后加速度为零，转速为100000转/min时弹体的加速度最大，相应于剩余速度就最小。从两图中可知，旋转对弹体的侵彻性能有一定的影响，会使弹体载荷增大，剩余速度减小。

图7不同转速弹体Y方向速度时程变化曲线

图8不同转速弹体Y方向加速度时程变化曲线

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