1-21 聚能装药侵彻钢板全过程的数值模拟

温万治 恽寿榕 赵衡阳

　　聚能装药侵彻的数值模拟往往是借助射流实验测试结果把射流假定为具有一定速度梯度的高速动能杆来进行的。为避免对射流的假定渗入许多人为因素，选用二维多流体网格法的Euler流体动力学程序对聚能装药侵彻的整个作用过程进行了模拟。程序中采用MOCL技术跟踪物质的分界面和确定分界面网格的输运量，使用矩形Euler网格，采用一阶精度的显式格式。材料模型为理想流体弹塑性模型，考虑热软化效应，采用Von－Mises屈服准则、瞬时破坏准则。

　　MOCL（Marker On Cell Line）方法，即网格线示踪点法，是基于HELP程序中定义分界面的方法特点。其基本思想是：在整个计算过程中，对每种物质用一串首尾相接的线段链来逼近物质表面的曲线，且每条线段的端点（即示踪点）均定义在网格线上；根据网格中示踪线的位置来计算网格间材料的输运量。这样，显示材料的分界面由Lagrange示踪点跟踪物质变为沿Euler网格线的Lagrange型示踪点跟踪物质。MOCL通过两物质示踪点和共示踪点的相互转化来实现两物质的相互侵蚀与分离过程。

　　射流形成试验装置由内锥角为70°的变壁厚锥型钢药型罩和压装8701炸药柱组成，靶板为10mm厚的45^#钢板，炸高为60mm。计算域划分为（轴向×径向）220×100个矩形网格，采用不等间距步长，用JWL状态方程描述炸药爆轰产物的特性，45^#钢药型罩和靶板材料采用Mie–Grneisen状态方程。连贯性地使用同一程序模拟了从聚能装药爆轰到药型罩的压垮，从射流的形成到其拉伸过程，以及高速射流穿透10mm厚钢板全过程。

　　先计算射流形成过程，包括聚能装药的爆轰过程、药型罩的压垮、射流的初步形成以及射流的拉伸四个过程，当射流形成后并拉伸至射流头部到达距药型罩口部60 mm时，将计算域中爆轰产物清除（计算表明：此时的爆轰产物对已形成的射流影响甚微），并沿轴向前移33排网格。然后，把10mm厚靶板作为材料2按炸高60mm的位置加入到计算域中。这样，计算域重新初始化后，继续运算。计算过程中靠计算域前移保证作用过程不溢出计算域。表1给出了部分计算结果与试验结果以及试验估算值的比较。从整个对比来看，考虑到模拟射流形成的误差，数值计算结果与实际还是比较吻合的。用加入MOCL技术的二维Euler流体动力学程序，较成功地模拟了聚能装药侵彻钢板的全部作用过程，而无需分级模拟。这种连贯性地模拟作用的全过程对数值模拟串联战斗部的终点效应具有一定的应用价值。