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MSC Dytran中爆炸成形弹丸双层平板毁伤试验仿真分析 1 概述 介绍采用MSC Dytran的多物质欧拉法，根据某爆炸成形弹丸地雷对双层平板毁伤试验，建立平板毁伤试验仿真模型，包括某型号EFP型地雷、装甲板、目标板、空间欧拉网格，分析EFP破片成形过程，以及对靶板的侵彻过程，得到EFP破片的速度是建立成，靶板侵彻穿孔尺寸等。通过对比仿真分析和试验分析结果，调整仿真参数，不断试算，实现仿真与试验有较高的吻合度。 2 分析过程要点说明 采用Dytran进行爆炸成形弹丸成形过程分析。 l 采用多物质欧拉法进行爆炸成形弹丸成形过程。多物质欧拉法适合模拟弹丸成形过程中的大变形，能够很好的模拟弹丸的加速和成形过程。 l 由于地雷是圆柱形，具有轴对称性，为了减少计算量，爆炸成形弹丸地雷仿真模型才有1/2模型。 3应用实例 EFP地雷由火药、药型罩、壳体和端盖组成。火药为钝化黑索金火药，有效药量为0.78kg，药型罩选用紫铜，形状为等壁厚大锥角圆锥罩，锥度为120度，壳体和端盖均为钢材料，目标装甲靶板为20mm装甲板和20mm后效钢板，装甲板和后效板距离为500mm。地雷有目标装甲板的距离为500mm。 采用多物质欧拉法模拟EFP战斗部爆炸成形过程，以及高速弹丸对靶板和后效靶板的侵彻过程，如下：  3.1材料模型介绍 3.1.1理想空气材料卡 本项目对于理想空气的模拟，采用理想气体状态方程模拟，即γ律状态方程EOSGAM。
3.1.2火药材料卡 对于火药的模拟，采用JWL状态方程模拟。 钝化黑索金火药材料卡片如下图所示：
3.1.3药罩材料卡 对于药罩的模拟，采用状态方程/弹塑性本构描述材料的高压下的大变形行为。药罩结构材料采用多项式状态方程本构，并采用Johnson-Cook 屈服模式，用来描述金属材料在大变形、高应变率和高温条件下的本构关系。 紫铜药罩的材料卡片如下图所示：
3.1.4壳体材料卡 对于壳体的模拟，采用状态方程/弹塑性本构描述材料的高压下的大变形行为。壳体结构材料采用多项式状态方程本构，并采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 壳体屈服模式采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 壳体A3钢材料卡如下如所示：
3.1.5装甲钢板材料卡 对于装甲钢板的模拟，采用状态方程/弹塑性本构描述材料的高压下的大变形行为。装甲钢板结构材料采用多项式状态方程本构，并采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 壳体屈服模式采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 装甲钢板材料卡如下如所示：
装甲钢材料卡3.1.6后效板材料卡 对于后效板的模拟，采用状态方程/弹塑性本构描述材料的高压下的大变形行为。后效板结构材料采用多项式状态方程本构，并采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 后效板屈服模式采用冯·米塞斯屈服模型YLDVM。 后效板钢材料卡如下如所示：
钢材料卡 3.2载荷及边界条件介绍 3.2.1欧拉初始条件 欧拉单元的初始状态可以用TICEL 或TICEUL 来定义。这是用来设定模型在分析开始时的状态，此后的状态由计算确定。 TICEL卡用来定义单元的初始状态。任何单元物理量都可以赋予一定的初始值。TICEUL 卡用来针对欧拉网格中的几何区域定义初试状态。TICEUL 必须与EULER1卡配合使用。几何区域可以是圆柱形或球形，也可以是由某个单元集构成的。每个几何区域都有一个级别号。当两个区域相互覆盖时，它们的公共区域的初始值的定义依级别号较高的几何区域为准。利用若干不同级别号不同形状的几何区域相互覆盖，可以构造出形状较为复杂的几何区域用于初始状态的定义。相同级别号的区域不能相互覆盖，否则会发生错误。 欧拉域初始形状定义为球形，如下图所示：
欧拉域初始形状定义 药罩初始形状由药罩表面dummy shell单元确定，药罩初始形状定义如下图所示：
药罩初始形状定义 壳体初始形状由壳体表面dummy shell单元确定，壳体初始形状定义如下图所示：
壳体初始形状定义 火药初始形状由火药表面dummy shell单元确定，火药初始形状定义如下图所示：
火药初始形状定义 装甲板初始形状由火药表面dummy shell单元确定，装甲板初始形状定义如下图所示：
装甲钢初始形状定义 后效板初始形状由火药表面dummy shell单元确定，后效板初始形状定义如下图所示：
后效钢板初始形状定义 各物质的逻辑顺序，如下图所示：
各物质逻辑顺序定义 3.2.2欧拉边界条件 流场边界条件定义欧拉网格边界上流进流出网格的材料的物理性质及其位置。在MSC.Dytran中，欧拉域的默认截断边界时对称边界条件，本项目采用全模型计算，也就是说，欧拉域的6个面，需要定义流出边界条件，否则会导致欧拉域内压力急剧增大。 欧拉域的边界条件如下图所示：
欧拉边界条件定义 3.2.3起爆点定义 具有JWL 类型状态方程的欧拉单元在分析过程中会发生爆炸。模型中必须有一张DETSPH 卡用于爆炸波的定义。爆炸波的波阵面是一个球形面。DETSPH 卡上定义起爆点的位置，起爆时间，爆炸波的传播速度。程序据此计算每个火药单元的爆炸时间。不具有JWL 型状态方程的党员不受影响。
3.3计算结果 计算显示，药罩在形成稳定的弹丸后，撞击到装甲板，装甲板被击穿，然后弹丸破片和装甲板破片继续飞行，撞击到后效靶。 弹丸侵彻装甲板过程如下图所示：
1.6e-4s
2.4e-4s
2.8e-4s
3.6e-4s
1e-3s 弹丸侵彻靶板过程 4.2装甲板上的损伤状况 弹丸在高速飞行到装甲板后，发生猛烈碰撞。弹丸首先在装甲板前面开坑，随之弹丸也被顿粗，由于弹丸携带较高的动能，最终贯穿装甲板，从装甲板背后飞出，装甲板上产生一个62mm的孔洞，如下图所示：
装甲钢孔洞尺寸4.3碎片在后效板上的分布情况 弹丸在穿透装甲板后，形成若干碎片，同时装甲板也产生若干碎片，碎片后继续飞行，撞击到后效板。 二次碎片的飞散角大概为57度，如下图所示：
二次碎片飞散角碎片在后效板上的分布图如下：
二次碎片分布范围
4 参考信息 适用版本：MSC Dytran2012及以后版本
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发表于 2014-8-4 12:57:42
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