破甲彈的案例
基于lsdyna的三維射流成型模擬
1，項(xiàng)目描述
在軍工領(lǐng)域中，射流及破甲彈等應(yīng)用較多，對(duì)裝甲目標(biāo)的毀傷效果強(qiáng)。
破甲彈 HEAT（High-Explosive Anti-Tank）破甲彈又稱空心裝藥破甲彈，是以聚能裝藥爆炸后形成的金屬射流穿透裝甲的炸彈。也稱聚能裝藥破甲彈，是反坦克的主要彈種之一。
破甲彈穿透裝甲的方式是通過(guò)化學(xué)能彈來(lái)完成的，HEAT彈戰(zhàn)斗部的金屬殼體可以在發(fā)射后，通過(guò)錐形裝藥的聚能原理將高溫高壓的金屬射流聚焦成一條線，使得內(nèi)部壓力集中于一點(diǎn)并穿透敵方裝甲，已達(dá)到殺傷敵方坦克內(nèi)部乘員、破壞武器裝備的效果。理論上破甲彈可以擊穿五倍于自身金屬墊口徑的均質(zhì)裝甲。破甲彈是基于門羅效應(yīng)開(kāi)發(fā)的化學(xué)能反裝甲彈種，將錐型中空的裝藥 （常見(jiàn)藥型還有半球型、喇叭型等） 在距離裝甲板一定高度的位置起爆，以聚焦的高溫高速射流擊穿裝甲板并對(duì)人員器材進(jìn)行殺傷，因此也常稱為錐型裝藥、成型裝藥、中空裝藥、聚能裝藥。通過(guò)合理設(shè)計(jì)裝藥形狀和炸高（理論上的理想炸高為直徑五倍）并加裝金屬藥型罩，現(xiàn)代破甲彈的靜破甲深度通常可達(dá)藥型罩直徑的五倍以上，破深隨藥型罩直徑增大有所提高，但藥型罩直徑大于150mm時(shí)破深提高不明顯。
現(xiàn)代一些破深超過(guò)1000mm的反坦克導(dǎo)彈應(yīng)用的是串聯(lián)破甲戰(zhàn)斗部，對(duì)爆炸反應(yīng)裝甲有較好效果。
對(duì)于破甲彈的2D模擬市場(chǎng)上較多，但是對(duì)于3D三維模擬，由于難度較大，對(duì)LSDYNA軟件的應(yīng)用技術(shù)和能力提出一定的要求，本文正對(duì)三維射流破甲彈的成型進(jìn)行講解。
2，幾何模型
幾何模型包括空氣、B炸藥、銅射流。首先利用workbench的dm模塊建立空氣、B炸藥、銅射流的幾何模型，注意的是三個(gè)模型要放入一個(gè)part下，以保證他們之間可以形成共節(jié)點(diǎn)的有限元模型。模型如下圖所示，采用1/4模型。
3，材料
空氣采用null本構(gòu)及GRUNEISEN狀態(tài)方程。
展開(kāi) 圓錐藥型罩采用2D、3D單層和3D三種方法侵徹結(jié)果對(duì)比 ￥9.99
圓錐藥型罩采用2D、3D單層和3D三種方法侵徹結(jié)果對(duì)比
關(guān)鍵字：LS-DYNA;聚能裝藥;破甲彈;侵徹;流固耦合
本次模擬旨在研究采用3種數(shù)值模擬方法（2D、3D單層和3D）對(duì)圓錐藥型罩所形成聚能射流對(duì)45#鋼靶的侵徹結(jié)果對(duì)比，軟件采用LS-DYNA，對(duì)比內(nèi)容包括侵徹形態(tài)、射流速度變化、侵徹孔徑和侵徹深度，三種方法均使用ALE算法，流固耦合均采用罰函數(shù)法（CTYPE=5），并采用完全相同的材料參數(shù)。
1、模型簡(jiǎn)介
計(jì)算模型及尺寸如圖1所示（省略空氣），其中殼體和靶板采用拉格朗日算法，殼體和靶板均采用45#鋼，并在材料模型種定義失效參數(shù)，炸藥、藥型罩和空氣則采用ALE算法，流體和固體之間通過(guò)*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID關(guān)鍵字進(jìn)行耦合。
圖1 計(jì)算模型
2、侵徹孔道
三種方法的侵徹動(dòng)畫(huà)如圖2所示，對(duì)比侵徹動(dòng)畫(huà)發(fā)現(xiàn)三種方法所形成的侵徹孔道均有一定差異，采用全模型計(jì)算結(jié)束后鋼靶的米塞斯應(yīng)力云圖見(jiàn)圖3。
2D
3D單層
3D
圖2 三種計(jì)算方法的侵徹動(dòng)畫(huà)
圖3侵徹過(guò)程中鋼靶的應(yīng)力云圖
3、射流速度
聚能射流part的速度變化曲線如圖4，可以看出2D和3D兩種方法速度曲線基本一致，然而采用3D單層所形成的射流速度較2D和3D更大。
圖4 聚能射流速度變化曲線
4、鋼靶穿深和孔徑
三種模擬方法的侵徹穿深和孔徑列于下表，可以看出采用2D和3D兩種方法模擬的結(jié)果較為相近，而3D單層差異較大。
展開(kāi) 通用CFD軟件與開(kāi)源CFD軟件簡(jiǎn)介
應(yīng)用領(lǐng)域航空航天、制造業(yè)：沖壓、鍛造、鑄造、切割；市政工程：地震安全、混凝土結(jié)構(gòu)、爆破拆除、公路橋梁設(shè)計(jì)；國(guó)防：內(nèi)彈道和終點(diǎn)彈道、裝甲和反裝甲系統(tǒng)、穿 甲 彈與破甲彈設(shè)計(jì)、戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖擊波傳播、侵徹與開(kāi)坑、空氣，水與土壤中爆炸、核廢料容器設(shè)計(jì)等；
電子領(lǐng)域：跌落分析、包裝設(shè)計(jì)、熱分析、電子封裝；石油工業(yè)：液體晃動(dòng)、完井射孔、管道設(shè)計(jì)、爆炸切割、事故模擬、海上平臺(tái)設(shè)計(jì) 官網(wǎng)
www.lstc.com
4、Star-CD
簡(jiǎn)介
STAR-CD最初是由流體力學(xué)鼻祖-英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域的專家教授開(kāi)發(fā)的，他們根據(jù)傳統(tǒng)傳熱基礎(chǔ)理論，合作開(kāi)發(fā)了基于有限體積算法的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格計(jì)算程序。網(wǎng)格生成工具軟件包Proam軟件利用“單元修整技術(shù) ”核心技術(shù)，使得各種復(fù)雜形狀幾何體能夠簡(jiǎn)單快速地生成網(wǎng)格。STAR-CD的解析對(duì)象涵蓋基礎(chǔ)熱流解析，導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射（包含太陽(yáng)輻射）熱問(wèn)題，多相流問(wèn)題，化學(xué)反應(yīng)/燃燒問(wèn)題，旋轉(zhuǎn)機(jī)械問(wèn)題，流動(dòng)噪音問(wèn)題等。 應(yīng)用領(lǐng)域高速鐵路、汽車開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、低排放內(nèi)燃機(jī)、能源化工、動(dòng)力機(jī)械、船舶設(shè)計(jì)、家電電子、飛行器設(shè)計(jì)、空間技術(shù) 官網(wǎng)
www.plm.automation.siemens.com
5、Phoenics
簡(jiǎn)介
PHOENICS是 Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series 幾個(gè)字母的縮寫(xiě)，這意味著只要有流動(dòng)和傳熱都可以使用PHOENICS來(lái)模擬計(jì)算。是世界上第一套計(jì)算流體與計(jì)算傳熱學(xué)商業(yè)軟件。
展開(kāi) LS-DYNA概況
主要應(yīng)用領(lǐng)域：
汽車工業(yè)
碰撞分析、乘員約束系統(tǒng)及氣囊設(shè)計(jì)、乘客被動(dòng)安全、部件加工 、輪胎在積水路面排水性和動(dòng)平衡分析
國(guó)防與軍工
內(nèi)彈道及終點(diǎn)彈道效應(yīng)、侵徹與開(kāi)坑、裝甲和反裝甲系統(tǒng)、穿甲彈與破甲彈設(shè)計(jì)、戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及起爆參數(shù)/殺傷元素優(yōu)化、沖擊波傳播、空氣/水/土壤與容器中爆炸、爆炸成形、爆炸分離、爆炸容器的設(shè)計(jì)優(yōu)化分析、激光束/定向能等多種動(dòng)態(tài)載荷加載模擬分析、爆炸對(duì)建筑物等設(shè)施結(jié)構(gòu)的破壞分析、核廢料容器設(shè)計(jì)等
電子工業(yè)
跌落沖擊分析、包裝設(shè)計(jì)、熱分析、電子封裝、電子產(chǎn)品抗沖擊性設(shè)計(jì)
航空航天
鳥(niǎo)撞、葉片包容性設(shè)計(jì)、異物損傷分析、飛機(jī)結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力分析、碰撞、墜毀、沖擊爆炸及動(dòng)態(tài)載荷、火箭級(jí)間分離模擬分析、宇宙垃圾碰撞、特種復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造工藝仿真及優(yōu)化
成型工藝仿真
沖壓、鍛造、鑄造、切割、點(diǎn)焊、鉚接、螺紋連接結(jié)構(gòu)的分析等
建筑業(yè)
地震安全、混凝土結(jié)構(gòu)、爆破拆除、公路橋梁設(shè)計(jì)
石油工業(yè)
液體晃動(dòng)、完井射孔、管道設(shè)計(jì)、爆炸切割、事故模擬、海上平臺(tái)設(shè)計(jì)
其它應(yīng)用
玻璃成型、塑料、模具成型、生物醫(yī)學(xué)、體育器材（高爾夫桿、高爾夫球、棒球桿、頭盔）、箱體結(jié)構(gòu)及多孔材料分析
LS-DYNA特色
顯式求解為主兼有隱式算法，適合于求解高速、高度非線性問(wèn)題
具有160多種材料模型，是材料模型最為豐富有限元軟件
具有50多種接觸類型，是接觸類型最為齊全的有限元軟件
極好的并行計(jì)算能力，包括分布式并行算法（MPP）和共享內(nèi)存式并行（SMP）良好的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，包括自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)分和粗化
行業(yè)化的專用功能：如針對(duì)汽車、板成形行業(yè)
LS-DYNA功能描述
分析能力
非線性動(dòng)力學(xué)分析、多剛體動(dòng)力學(xué)分析
展開(kāi) 
LS-DYNA簡(jiǎn)介
LS-DYNA應(yīng)用領(lǐng)域
1.汽車工業(yè)
碰撞分析；氣囊設(shè)計(jì)；乘客被動(dòng)安全；部件加工
2.航空航天
鳥(niǎo)撞；葉片包容；飛機(jī)結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力分析； 碰撞，墜毀；沖擊爆炸及動(dòng)態(tài)載荷；火箭級(jí)間分離模擬分析；宇宙垃圾碰撞；特種復(fù)合材料設(shè)計(jì)
制造業(yè)
沖壓；鍛造；鑄造；切割等
建筑業(yè)
地震安全；混凝土結(jié)構(gòu)；爆破拆除；公路橋梁設(shè)計(jì)
國(guó)防
內(nèi)彈道和終點(diǎn)彈道；裝甲和反裝甲系統(tǒng)；穿甲彈與破甲彈設(shè)計(jì)；戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；沖擊波傳播；侵徹與開(kāi)坑；空氣，水與土壤中爆炸；核廢料容器設(shè)計(jì)等
電子領(lǐng)域
跌落分析；包裝設(shè)計(jì)；熱分析；電子封裝
石油工業(yè)
液體晃動(dòng)； 完井射孔；管道設(shè)計(jì)；爆炸切割；事故模擬；海上平臺(tái)設(shè)計(jì)
其它應(yīng)用
玻璃成型；生物醫(yī)學(xué)
展開(kāi) 穿甲彈是怎樣穿透護(hù)甲的？威力太驚人,一組圖讓你看懂
圖中96式與86式戰(zhàn)車使用穿甲彈、破甲彈、炮射導(dǎo)彈分別打擊59式坦克。這里展現(xiàn)一下穿甲彈的打擊全過(guò)程，威力很大，直接把59炮塔都給打穿了。
來(lái)源：世界先進(jìn)制造技術(shù)論壇
