子弹侵彻靶板研究

摘要：为了有效打击地下目标，或是对此类问题的防护，高速弹丸对结构的侵彻毁伤研究越来越受到军事部门的关注，然而通过原型实验费时费力，因此本文在理论分析的基础上，采用ANSYS/LS DYNA软件对整个过程进行数值模拟，描述和动态显示问题的整个过程，可以节约实验投入，为提高弹丸侵彻效果提供参考。

关键字：侵彻 LS DYNA 数值模拟

中图分类号：TJ410.3 文献标识码：A

0 引言

弹丸侵彻属于高速冲击动力学的研究范畴，过程中伴随高温、高压、高速等基本特征，因为加载速率高、变形的速度大、接触物体间的侵彻贯入作用，在高速碰撞过程中材料呈现明显的应变率及绝热温升效应，甚至发生相变。数值模拟通过记录弹丸在侵彻靶板过程中的网格变化，真是反映了侵彻过程[1]。

1 LS DYNA模拟侵彻问题的一般方法

LS-DYNA是功能齐全的几何非线性、材料非线性和接触非线性，军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。本文研究弹丸垂直侵彻靶板情况，采用轴对称的分析模型，进行二维简化分析，由于侵彻问题的高压和大变形效应具有局部性，因此在划分单元时对弹丸与靶板接触区域用密集网格，在距离较远时采用相对较粗网格，减小网格划分方案对结果产生的影响。在LS DYNA材料库中，johnson cook是处理此类大变形、高压、大应变率的理想材料模型[2]。

高度变形问题中，介质内会产生冲击波，形成压力、密度、质点加速度和能量等各种各种物理量的跳跃间断，给动力学微分方程组的数值求解带来困难。1950年，Von Neumann和Richtmyer提出，将一个人工体积粘性q加入压力项，使应力波的强间断模糊成在相当狭窄区域内急剧变化但却是连续变化的情况[3]。

2 弹体侵彻靶板模拟

钢制圆头弹丸横截面直径26mm，长度39mm，靶板厚度6mm，尺寸为240mm*240mm。弹丸以1300m/s的速度，垂直射入靶板，分析采用三维Lagrange方法，在分析过程中，只建立四分之一模型，模型采用3D Solid164进行网格划分，靶板与弹丸作用区域附近加密。

在靶板对称面施加法向的对称约束条件，在靶板边界处施加非反射对称约束，弹丸与靶板之间接触采用面面接触ESTS算法。

3 结果分析

4 结论

本文以刚性弹丸垂直入侵靶板为例，利用ANSYS/LS DYNA进行侵彻动力分析的一般过程，得到了理想的侵彻加速度时间曲线、速度时间曲线，以及靶板不同时期应力云图分布，为今后同类侵彻问题分析起到参考作用。

参考文献：

[1]宋萍，李科杰.硬目标侵彻武器高冲击试验和高过载传感器技术国外发展概况[J].测控技术，2002，21（1）：30-32.

[2]王宁飞，魏卫.固体推进剂高过载冲击动态力学性能研究[J].火炸药学报，2002，（1）：19-21.

[3]尚晓江.LS DYNNA 动力分析方法与工程实例[M].北京中国水利水电出版社.2006.

[4]张志飞.基于ANSYS/LSDYNA的弹体侵彻钢板研究[J].计算机测量与控制.2011（9）：418-420.

[5]梁颖，游磊，饶蜀华，等.基于USB接口数据采集卡的设计与实现[J].计算机测量与控制，2005，（4）.