LS-DYNA模拟聚脲涂覆钢板在爆炸冲击波-破片群联合作用下的毁伤特性

聚脲弹性体可以有效增强基体的抗爆、抗侵彻能力。本文利用LS-DYNA软件模拟了聚脲涂覆钢板在爆炸冲击波及破片群联合作用下的毁伤特性

1  数值计算模型

1.1计算模型建立

该数值模拟的物理模型如图1所示。

图1物理模型示意图

Fig.1 Physical model diagram

使用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，建立了如图2所示的1/4模型。本模型所有材料均使用3DSolid164单元。靶板四条侧边采取全约束方式固定，空气边界采用透射条件。

图2有限元数值计算模型

Fig.2 Finite element numerical calculation model

考虑位置、厚度两个因素，设计了10个工况：无涂覆、迎爆面涂覆2、4、6mm、背爆面涂覆2、4、6mm、双侧涂覆2、4、6mm。

1.2材料模型

1.2.1  RDX炸药

采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BU-RN材料模型，配合JWL状态方程描述。

1.2.2  空气

*MAT_NULL理想气体材料模型，结合EOS_LINEAR_POLYMIAL线性状态方程表示。

1.2.3  ASTM1045钢

采用*MAT_PLASTIC_K-INEMATIC本构模型表示，其高应变率效应可由Cowper-Symonds模型方程描述。

1.2.4  钨合金破片

采用*MAT_JAHNSON_COOK本构模型结合G-RUNEISEN状态方程。

1.2.5  聚脲弹性体材料

选用*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLATICITY多线性弹塑性材料模型。

2 计算结果及分析

2.1爆轰波传播及破片飞散规律

爆轰波传播如图3所示。

图3 爆轰波传播

破片群的飞散过程如图4(a)所示。

 

(a) 破片飞散过程

(a) Schematic diagram of fragmentation dispersion

 

(b) 破片着靶示意

(b) Schematic diagram of fragments impact on target

图4 破片飞散及着靶

Fig.4 Fragments emission and impact on the target.

2.2 计算结果

图5为各工况靶板迎爆面最终形变云图。

图5 各工况迎爆面最终形变云图

Fig.5 The final deformation nephogram of each working condition

2.3靶板响应过程分析

取无涂覆、单车涂覆4mm、双侧涂覆4mm为研究对象，研究各涂覆方式的响应过程，如图6所示。

(a)S-0

(b)F-4

(c)B-4

(d)D-4

图6 冲击波-破片载荷对靶板的作用过程

Fig.6 The process of shock-fragments loading on the target plate

3 结论

（1）靶板中心区域受到的破坏最明显；

（2）涂覆4mm及以上厚度的聚脲弹性体可有效增强抗爆、抗侵彻性能；