一种密集破片穿甲能力估计方法

摘要

一种密集破片穿甲能力估计方法，属于弹丸穿甲作用模拟方法，解决现有弹丸穿甲作用模拟方法中缺乏破片群对防护结构侵彻时计算方法问题，用于指导导弹战斗部近距爆炸后形成的密集破片侵彻下防护结构抗弹性能设计。本发明包括建立破片群侵彻防护结构有限元模型步骤、判断防护结构穿透状态步骤、确定穿透等效破片步骤以及确定未穿透等效破片步骤。本发明可快速、简便地实现密集破片穿甲能力等效为单破片侵彻能力的计算，为战斗部近炸下防护结构设计时以破片群载荷为毁伤设计载荷提供了理论指导，具有实用价值。

主权项

一种密集破片穿甲能力估计方法，包括建立破片群侵彻防护结构有限元模型步骤、判断防护结构穿透状态步骤、确定穿透等效破片步骤以及确定未穿透等效破片步骤，其特征在于：(1)建立破片群侵彻防护结构有限元模型步骤，包括下述子步骤：(1.1)建立破片群有限元模型，包括设定单个破片形状、单个破片几何尺寸、破片材料、力学参数及弹塑性本构模型、破片数量、破片间布局尺寸、单元类型、各破片撞击初始速度和各着靶角；(1.2)建立防护结构有限元模型，包括设定防护结构型式、几何尺寸、材料种类、力学参数及正交异性本构模型、边缘约束条件；(1.3)均匀划分网格，设定网格大小为芯层厚度的0.05～0.2倍，设定破片群与防护结构接触为面面侵蚀接触，防护结构为两层面板或三层夹芯板时各层间采用面面自动接触；(1.4)设定仿真配置信息，包括计算时间为500us、迭代时间步数，迭代时间步数1000步，CPU核数为4核、内存分配4×10⁸字节；(1.5)输出建模信息，将其提交给非线性动力学分析有限元程序进行计算，计算完毕，进行步骤(2)；所述子步骤(1.1)～(1.5)均采用具有几何建模、网格划分、施加载荷功能的有限元建模商业软件进行；(2)判断防护结构穿透状态步骤，包括下述子步骤：(2.1)利用有限元后处理软件，分别读取破片群中各破片加速度A_i‑时间t变化历程曲线和各破片速度V_i‑时间t变化历程曲线；当A_i小于加速度阈值X时，判断是否V_i均小于速度阈值Y，是则进行子步骤(2.2)；否则防护结构已穿透，进行子步骤(2.3)；(2.2)判断是否所有破片均在防护结构网格范围内，是则防护结构未穿透，进行子步骤(2.4)；否则防护结构临界穿透，进行子步骤(2.3)；所述加速度阈值X为0.05m/s²～1m/s²，所述速度阈值Y为撞击初始速度V₀的0.02～0.05倍；(2.3)在破片群中选出速度最大的破片，其速度V_m，称为最强穿透破片；进行步骤(3)；(2.4)利用有限元后处理软件，通过显示防护结构各位置剖视图，读取各破片对防护结构的侵彻深度H_i，在破片群中选出最大侵彻深度H_m的破片，称为最大侵深破片，进行步骤(4)；(3)确定穿透等效破片步骤，包括下述子步骤：(3.1)建立最强穿透破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(3.1.1)～(3.1.5)，分别与所述步骤(1)的子步骤(1.1)～(1.5)对应相同，区别仅在于过程(3.1.1)中无需设定破片数量、破片间布局尺寸；过程(3.1.5)计算完毕，进行子步骤(3.2)；(3.2)利用有限元后处理软件，分别读取最强穿透破片加速度A_s‑时间t历程曲线和最强穿透破片速度V_s‑时间t历程曲线；当A_s<X时，读取最强穿透破片速度V_s；(3.3)判断是否V_s<V_m，是则进行子步骤(3.4)，否则进行子步骤(3.5)；(3.4)重新建立最强穿透破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(3.4.1)～(3.4.5)，分别与所述子步骤(3.1)的过程(3.1.1)～(3.1.5)对应相同，区别仅在于过程(3.4.1)中保持其他参数不变，将该最强穿透破片长度增大0.1倍，得到增长破片侵彻防护结构有限元计算模型；过程(3.4.5)计算完毕，进行子步骤(3.2)；(3.5)判断是否V_s＝V_m，是则进行子步骤(3.7)；否则进行子步骤(3.6)；(3.6)重新建立最强穿透破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(3.6.1)～(3.6.5)，分别与所述子步骤(3.1)的过程(3.1.1)～(3.1.5)对应相同，区别仅在于过程(3.6.1)中保持其他参数不变，将该最强穿透破片长度减短0.1倍；过程(3.6.5)计算完毕，进行子步骤(3.2)；得到减短破片侵彻防护结构有限元计算模型；(3.7)计算终止，读取最强穿透破片长度，将该长度的最强穿透破片作为穿透等效破片，进而得到穿透等效破片的几何尺寸，从而破片群对该防护结构的侵彻能力与该穿透等效破片侵彻能力等效相同；(4)确定未穿透等效破片步骤，包括下述子步骤：(4.1)建立最大侵深破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(4.1.1)～(4.1.5)，分别与所述子步骤(3.1)的过程(3.1.1)～(3.1.5)对应相同，区别仅在于过程(4.1.5)计算完毕，进行子步骤(4.2)；(4.2)利用有限元后处理软件，通过显示防护结构各位置剖视图，读取该最大侵深破片侵彻深度H_s；(4.3)判断是否H_s<H_m，是则进行子步骤(4.4)，否则进行子步骤(4.5)；(4.4)重新建立最大侵深破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(4.4.1)～(4.4.5)，分别与所述子步骤(4.1)的过程(4.1.1)～(4.1.5)对应相同，区别仅在于过程(4.4.1)中保持其他参数不变，将该最大侵深破片长度增大0.1倍；过程(3.4.5)计算完毕，进行子步骤(4.2)；得到增长破片侵彻防护结构有限元计算模型；(4.5)判断是否H_s＝H_m，是则进行子步骤(4.7)；否则进行子步骤(4.6)；(4.6)重新建立最大侵深破片侵彻防护结构有限元计算模型，包括过程(4.6.1)～(4.6.5)，分别与所述子步骤(4.1)的过程(4.1.1)～(4.1.5)对应相同，区别仅在于过程(4.6.1)中保持其他参数不变，将该最大侵深破片长度减短0.1倍；过程(4.6.5)计算完毕，进行子步骤(4.2)；得到减短破片侵彻防护结构有限元计算模型；(4.7)计算终止，读取最大侵深破片长度，将该长度的最大侵深破片作为未穿透等效破片，进而得到未穿透等效破片几何尺寸，从而破片群对该防护结构的侵彻能力与该未穿透等效破片侵彻能力等效相同。