LS-DYNA在弹体侵彻仿真中的应用

1、项目背景

         弹体对防护体的侵彻属于高速冲击碰撞的动态侵人问题，分析过程涉及侵入深度和侵入过程中的受力情况、速度和加速变化等问题。目前主要以实验研究为主, 辅之以近似条件下的解析方法和数值方法。现代数值计算方法主要是有限元, 有限差分, 离散元等方法。

        研究表明，弹体体侵彻有限厚靶板的过程是一个复杂的物理过程，侵彻瞬态过程伴随着几何非线性、材料非线性和接触非线性。本文利用LS-DYNA 显式求解器对侵彻过程进行数值模拟, 可以清晰地了解该物理过程，为侵彻分析提供更直观和全面的数据。

2、模型假设

          本课题的重点是对比分析不同攻角对侵彻体侵彻能力的影响，所以为了提升计算效率,本课题对仿真模型做如下假设：

①侵彻体和靶板为均匀连续介质；

② 忽略一切热效应, 包括由摩擦所产生的热, 由于变形或摩擦热对材料性能的影响, 和它们引起的相变;

③根据对称性，采用1/2模型求解计算；

④忽略空气阻力, 不考虑重力作用；

⑤忽略靶板的刚体运动, 侵彻体和靶板的初始应力为零。

3、仿真建模：

①材料定义：

忽略不同材质对分析结果的影响，模型采用简化的理想塑性材料MAT3，具体参数如下：

材质	密度	弹性模量	泊松比	屈服强度	失效塑性变形
靶	7.896	2.08	0.279	0.01	0.8
弹体	17.92	1.18	0.218	0.0179	0.8

②网格控制：

计算模型的网格划分采用Langrange 法。模型单元类型均采用SOLID单元 , 网格单元形状为八结点六面体，为了提高计算精度，在靶板与弹丸的直接作用区域加密局部网格。对于有限元分析，单元质量和尺寸直接影响到计算结果的精度和效率，通过控制最小单元Size ，控制模型的计算效率。

③施加载荷与约束：

为了探讨攻角对伸出体侵彻性能的影响, 在初始侵彻速度为1200m/ s 的条件下, 改变侵彻体的侵彻攻角, 分别对攻角为15，30 , 45 , 60 ,的情况进行了数值模拟。

4 计算结果：

图显示了不同侵入角下的瞬态变形过程，可以看出侵角对冲击效果影响明显。在本文的分析条件下，较小侵入角的侵入角表现出更大的穿透力。图显示了侵入过程，弹体动能的变化，由图也可以看出，小角度时动能减少的最快，大角度时动能损失的最小。

5 分析讨论：

        有攻角的侵彻体侵彻有限厚靶板的过程是一个较为复杂的过程, 利用LS-DYNA 对侵彻过程进行数值模拟, 可以清晰地了解该物理过程, 通过分析侵彻体撞靶后剩余动能随时间的变化规律，表明攻角对侵彻响应有显著的影响。后续对侵彻速度、材质、侵彻体头部形状做进一步详细研究。LS-DYNA数值仿真，为复杂的侵彻分析提供了高效的工具。