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子弹侵彻装甲钢板数值仿真分析

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:118      更新时间:2021-10-18

李孟华1,马〓治2,桂堂军2,彭〓兵3,李大禹2
(1.驻沈阳地区军代局驻长春地区第二军代室,吉林 长春〓130011)
(2.一汽解放汽车有限公司,吉林 长春〓130011)
(3.南京理工大学机械工程学院,江苏 南京〓210094)
摘要:为了研究装甲钢板抗子弹侵彻性能,根据子弹及装甲钢板实物模型建立了二分之一对称有限元模型,通过修正、调整材料本构模型及失效模型参数,开展弹-靶高速冲击有限元数值模拟,并与实弹试验进行了对标,使数值模拟结果与实弹打靶结果变形大小及破坏现象一致,实现了子弹打靶拟实化数值仿真。结果表明子弹及靶板的材料参数对仿真结果影响极大。
关键词:子弹;侵彻;有限元;材料失效;数值模拟;拟实化
中图分类号:O385〓〓〓文献标识码:A〓〓〓文章编号:2095-509X(2021)09-0025-04


随着军用暨特种车辆的更新换代,车辆防护安全性越来越被重视,车辆防护要求也越来越高。为了获取子弹实际侵彻能力并应用于防护车辆的设计过程中,需要对装甲钢板进行相应防护级别的射击试验,验证装甲钢板的防护能力。采用试验方法虽然能获得装甲钢板对不同子弹的防护能力,但需要准备试验设备、场地、试验品等,成本高、周期长;而计算机有限元数值分析技术可以作为快速、有效、方便的手段对各种工况的防护能力进行分析,指导越野车防护性能开发设计和轻量化设计。因此,如何得到与实弹射击相符的数值分析结果,即拟实化的结果,是子弹侵彻仿真分析的重中之重。
子弹侵彻装甲钢板是一个相当复杂的物理过程,涉及非线性材料本构、材料失效、结构大变形以及温度场变化等问题。材料参数是影响分析结果准确性的主要因素,为了获取高精度的数值仿真结果,一般都需要在开展材料试验时先拟合出材料本构参数,然后通过仿真修正材料参数,使有限元仿真结果与试验结果得以互相印证[1-2]。

1〓有限元模型
由于子弹侵彻仿真属于高度非线性仿真,对网格质量要求较高,因此本文采用HyperMesh进行网格划分等前处理工作,利用LS DYNA进行求解计算,使用LS_PrePost开展后处理分析。

1.1〓材料模型
子弹侵彻过程涉及材料高应变率、大变形、材料流动、材料断裂等物理现象,材料力学特性高度非线性,需要定义恰当的材料本构模型、失效模型及状态方程,常用的材料模型有双线性材料本构、Johnson-Cook材料本构[3-5]。文中材料均采用Johnson-Cook本构模型,7.62 mm普通钢芯弹的钢芯材料及装甲钢板材料参数见表1、表2[6-7]。表中:ρ为密度,c为比热容,E为弹性模量,ν为泊松比,A为初始屈服应力,B为应变硬化模量,n为硬化指数,C为应变率强化参数,m为热软化指数。
表1〓钢芯Johnson-Cook本构模型参数

作者简介:李孟华(1977—),男,高级工程师,硕士,主要研究方向为车辆监造

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