【摘 要】本文采用AUTODYN计算软件对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟。分析了弹体内部不同位置处炸药的受力情况及炸药与壳体的相互作用。结果表明：斜侵彻时装药的前端和后端是两个受力较明显的区域。前端主要受压缩作用，炸药产生明显的塑性应变。后端装药受到拉伸和压缩作用，装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞。斜侵彻过程中，装药前端的受力中心位于靠近靶板一侧的边缘处，而装药后端的受力中心仍然是端面中心。根据计算结果，侵彻弹药装药的防护不仅要从装药的前端面和后端面进行考虑，还要考虑装药的侧面。
【关键词】爆炸力学；炸药；斜侵彻；动态响应；数值模拟
0 引言
斜侵彻是过载武器攻击目标过程中不可避免的一种运动状态。战斗部斜侵彻靶板时要受到靶板的阻力作用，由于靶板的阻力与战斗部的运动方向不一致，从而导致战斗部的运动方向不断发生改变[1]。弹体着靶有一定的倾角，这对弹体内装药是更严峻的考验。因此，开展弹体斜侵彻过程中炸药的动态响应研究，不仅对深入认识炸药响应机理、分析侵彻规律具有重要的理论意义，同时，对侵彻战斗部炸药装药的优化设计、提高弹药安全性能具有重要的参考价值。
本文采用动力学计算软件AUTODYN对弹体斜侵彻混凝土过程进行了数值模拟。研究了斜侵彻过程中炸药的动态响应规律，分析了弹体内炸药可能发生危险的部位，为侵彻类弹药设计提供参考。
1 计算模型
战斗部侵彻混凝土计算模型，如图1所示。战斗部壳体直径为10cm，总长度为24.6cm，壳体材料为高强度合金钢SteelS-7。装药为铸装B炸药，装药形状为圆柱形，直径为8cm，长度为15cm。混凝土靶板为圆柱形，直径0.4m，厚度为20cm。战斗部以800m/s的速度从靶板中心处以8°的侵彻角入射侵彻。
图1 斜侵彻模型
在装药上设置9个观测点，用于读取所关心区域的物理参数，如图2所示。装药前端、中部和后端分别选取三个观测点，观察装药不同部位的动态响应情况。
图2 装药上的观测点设置图
计算中认为装药（B炸药）为各向同性材料。装药的动态屈服应力为200MPa。采用Lee-Tarver三项点火增长模型描述炸药在冲击作用下是否发生点火和爆轰，即：
■=I（1-F）b（■-1-a）x+G1（1-F）cFdpy+G2（1-F）eFfpz（1）
式（1）中，F是反应率，I，G1，G2，a，b，c，d，e，f，x，y，z都是计算时须输入的参数。
未爆炸药和已爆炸药的状态方程均采用JWL状态方程，即：
P=A（1-■）e■+B（1-■）e■+■（2）
式（2）中，e为初始比内能，A，B，R1，R2和ω均为JWL状态方程参数。
2 计算结果与分析
与垂直侵彻相比[3]，斜侵彻过程中装药的动态响应具有不同的特点，装药内部不同区域受力不均导致的剪切作用等也需重点关注。从这些压力曲线可知斜侵彻时装药的前端和后端仍是两个受力较明显的区域。同时，斜侵彻过程中的压力分布规律与垂直侵彻时又有明显不同，药柱前端所受压力作用冲量最大的区域不再是中心处（观测点1），而是药柱前端靠近靶板的棱角处（观测点2）。
图3为装药前端面3个观测点的压力时程曲线，可见位于前端面中心的gauge1的峰值压力最小，而接近靶板一侧的gauge3的压力峰值最大。
图3 装药前端三个观测点的压力时程曲线
图4 炸药装药尾部数值仿真压缩状态
图4为炸药装药尾部数值仿真压缩状态。弹体斜侵彻撞击着靶时的应力冲击并不是单纯的恒定应力加载，而是应力在炸药内部反复振荡过程。从图4中可以看出，炸药装药发生体积压缩，弹体尾部出现装药的位移间隙，产生轴向拉伸和压缩，使得炸药装药经受在高应力应变。
图5为斜侵彻过程中装药的等效应变的分布云图。对比文献[2]，可见斜侵彻所对应的等效应变分布与正侵彻之后的等效应变的分布规律是不同的。等效应变不再呈对称分布，表现为战斗部先与靶板碰撞一侧装药的等效应变较大，亦即首先受到压缩作用的一侧装药的等效应变更显著。根据图5，斜侵彻时的最大等效应变不再位于装药前端面，而是前端面内部。
图5 斜侵彻过程中的装药等效应变分布图
3 结论
本文基于AUTODYN程序，计算了弹体斜侵彻过程中炸药装药的动态响应，能够预估弹体在倾斜侵彻硬目标过程中炸药的动态响应。根据计算结果，得到以下主要结论：
1）采用的计算模型和方法可以用于研究弹体斜侵彻过程中的炸药装药的动态响应。
2）斜侵彻时弹体内炸药装药的前端和后端仍是两个受力较明显的区域，并且侵彻过程中药柱后端面与壳体发生了碰撞，这些规律和垂直侵彻时相同。
3）斜侵彻过程中，装药前端面的受力中心不再位于装药的端面中心处，而是位于靠近靶板一侧的边缘处，而装药后端面的受力中心仍然是端面中心。主要是由于装药和端面碰撞受力。
4）对于弹药设计，炸药装药的防护不仅要从装药的前端面和后端面进行考虑，还要从装药的侧面进行防护。
【参考文献】
[1]余文力，王涛，董亮.战斗部对混凝土靶板的斜侵彻跳弹极限角的计算[J].弹箭与制导学报，2008，25（5）：109-111.
[2]贾宪振，李媛媛，郭洪卫，等.弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟[J].科学技术与工程，2012，12（11）：2528-2531.
[3]汪德武，高洪泉，杜海霞，等.斜侵彻弹体运动分析与仿真[J].弹箭与制导学报，2006，26（3）.
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