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1 前言
近年来，半预制、预制破片技术已广泛应用于各种类型的战斗部上。圆柱形破片（钨柱）作为预制破片的一种类型，由于密度高、穿甲能力强，成为防空、反辐射、面杀伤的主要杀伤元素之一，并得到广泛应用。本文运用LS-DYNA 数值计算模块，建立了钨柱侵彻45＃钢板的数值仿真模型，该模型计算结果与试验结果具有较好的一致性，对产品的方案设计具有一定的指导意义。
2 仿真分析
2.1 几何模型描述
本文建立了具有一定初速的预制钨破片对不同钢靶板侵彻模型，图1 为预制钨破片侵彻钢靶板的几何模型。本文未注单位均采用cm、g、us 制。
图1 预制钨破片侵彻钢靶板
为了优化方案设计，我们进行了不同破片初速对45＃钢靶板三个方案仿真对比。表1为三个方案的破片初速情况。
表1 破片初速情况
2.2 有限元模型
进行有限分析时，为减小计算模型规模，建立了破片及靶板的1/2 有限元模型。在有限元模型分析中，不仅是网格的密度影响计算的精度和速度，好的单元形状也可以降低计算时间，提高计算准确性。故本文采用六面体单元进行网格划分。
本文中的有限元计算采用了两种接触类型：主从面接触和自适应接触。自适应接触是主从面的一种特殊形式，在这种类型的接触中，当组成接触面的单元因承受过大应力、应变而发生破坏时，这些单元将从接触面中删除，从而改变接触面的构形，接触算法是不对称的，程序针对每个从属节点检查其是否穿透主面，但反过来却不检查主面节点是否穿透从面。因此，从属面的网格应当比主面网格细，否则会发生出现穿透而程序未能检查出来的问题。在一般的弹丸侵彻靶板有限元分析中，通常将弹丸表面作为主面，而靶板作为从面。为保证钨柱破片与靶板能可靠接触，避免穿透现象发生，本文计算中接触均定义双向接触。靶板模型的侧边节点定义固定约束，对称面上节点定义对称约束。
2.3 材料模型及参数
钨破片是由爆炸分散产生，爆炸分散、侵彻都是高温、高应变过程。因此，该模型预制钨破片、靶板材料模型都选用Johnson-Cook 模型，状态方程都选用GRUNEISEN 方程是比较合适的。表2 为预制钨破片的材料模型及状态方程参数，表3为45＃钢靶板的材料模型及状态方程参数。
表2 预制钨破片的材料模型及状态方程参数
表3 45＃钢靶板的材料模型及状态方程参数
2.4 仿真计算结果与试验结果对比
为验证仿真计算结果，进行了破片侵彻试验。表4 为仿真计算结果与破片侵彻试验结果对比情况。
表4 仿真计算结果与破片侵彻试验结果对比
从上表可见，仿真计算结果与破片侵彻试验结果吻合较好。
图2 是预制钨破片初速1000 m/s 时的速度时间曲线，图3 是预制钨破片初速1100 m/s 时的破片穿透靶板结果。
图2 预制钨破片速度时间曲线 图3 破片穿透靶板仿真
图4、图5、图6 分别是预制钨破片初速为900m/s、1000m/s 、1100m/s 时破片侵彻靶板试验情况。
图4 900m/s 侵彻靶板正面情况 图5 1000m/s 侵彻靶板背面情况
图6 1100m/s 侵彻靶板正面情况
3 结论
本文利用ANSYS软件的LS-DYNA模块完成预制钨破片对钢靶板的侵彻分析，取得破片的余速及破片侵彻钢靶板的情况，并进行验证试验。仿真结果与验证试验结果吻合较好，其仿真结果可以为方案设计提供依据。
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