一种截顶线性聚能装药射流特性的数值模拟

发布时间：2020-10-22 22:19

　　 为了得到特性更好的线性聚能射流,设计了一种截顶线性药型罩加矩形辅助药型罩的新型装药结构,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元程序对6组新型装药结构及传统装药结构进行了模拟计算,分析了矩形辅助药型罩宽度和截顶间隙长度对线性射流特性的影响。结果表明,该新型结构形成的线性射流的头部最大速度总体较传统线性聚能射流高,形成的线性射流形态更细更长,并且杵体相对较少,药型罩质量利用率较高。在6组方案中,矩形辅助药型罩宽度为1.0cm、截顶间隙为0.4cm时,该结构形成的线性聚能射流头部速度最大,为3.58km/s,连续性较好,有效宽度最大。
【部分图文】：

ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ模拟软件，通过改变矩形辅助药型罩宽度和截顶间隙宽度这２个因素，对射流的头部速度、速度梯度、拉伸宽度以及断裂时间等特性进行了数值模拟，以期为线性聚能装药的结构设计提供参考。１数值模拟在传统线性聚能装药的基础上把线性药型罩的顶部截掉，并在截顶位置处添加矩形辅助药型罩，形成一种新的线性聚能装药结构。通过数值模拟对比分析该装药结构与传统线性聚能装药结构所形成的线性射流特性。１．１装药结构设计新型线性聚能装药及传统线性聚能装药的结构示意图如图１所示。图１线性聚能装药结构示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｌｉｎｅａｒｓｈａｐｅｄｃｈａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２种结构的线性药型罩锥角均为７０°，装药宽度均为４ｃｍ，横向宽度均为６ｃｍ，起爆方式均为中心点起爆。辅助药型罩材料和线性药型罩材料均为Ｃｕ，药型罩的厚度均为０．２ｃｍ，药型罩顶部到装药顶部高度均为２ｃｍ，各方案装药密度均不变。６种新型线性聚能装药及传统线性聚能装药方案见表１。表１６种新型线性聚能装药及传统线性聚能装药数值模拟方案Ｔａｂｌｅ１Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｓｉｘｎｅｗｌｉｎｅａｒｓｈａｒｐｅｄｃｈａｒｇｅａｎｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｓｈａｒｐｅｄｃｈａｒｇｅ方案编号辅助药型罩宽度／ｃｍ截顶间隙／ｃｍ装药总高度／ｃｍ１１．００．４４．８０２１．００．６４．６３３１．００．７４．５０４１．６０．４４．８０５１．６０．６４．６３６１．６０．７４．５０传统装药５．００１．２数值模型建立

ＧＰａＤ／（ｃｍ·μｓ－１）Ｒ１Ｒ２ＡＢＥ０８７０１炸药１．７８７０．３４０．８３９４．１１５．８１４０．０６８０．０９表３Ｃｕ材料模型及其状态方程参数Ｔａｂｌｅ３ＴｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｆｏｒＣｏｐｐｅｒ材料ρ／（ｇ·ｃｍ－３）ＧＡＢＳ１Ｓ２／（ｍ·ｓ－１）ＣＶ０Ｃｕ８．９６０．４６０．９×１０－３０．９２×１０－３１．４８９００．３９４１图２模拟结构示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２数值模拟结果与分析本研究通过改变矩形辅助药型罩宽度和截顶间隙宽度，设计６种方案，采用控制变量方法对各方案进行数值模拟。各方案的截顶间隙通过一系列的模拟结果进行选择，模拟结果表示当截顶间隙大于８１

火炸药学报第４０卷第３期７ｍｍ时，线性聚能射流速度无明显提高，截顶间隙太小，不足以体现间隙的作用，因此选用０．４、０．６、０．７ｃｍ共３组间隙来对比分析线性聚能射流的特性。２．１不同方案线性聚能射流形态分析图３和图４分别为传统线性聚能装药及方案１～６对应的新型聚能装药形成的射流在不同时刻的形态。图３不同时刻不同装药结构的射流形态Ｆｉｇ．３Ｓｈａｐｅｏｆｊｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ图４不同时刻方案４～６的射流形态Ｆｉｇ．４Ｊｅｔｓｈａｐｅｆｏｒｓｃｈｅｍｅｓ４－６ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ由图３可知，传统线性聚能装药在起爆后１６μｓ时已经形成形态良好的射流，但是随后射流并没有被充分拉伸，３０μｓ时，杵体已经与射流完全分离。传统线性聚能装药的形态在总体上比较短，射流形态相对稳定。方案１中，起爆１６μｓ后，射流头部刚刚形成，并且矩形辅助药型罩受到爆轰波的作用被压垮，形成射流尾部。３０μｓ时，射流得到很好的拉伸，可以明显看出杵体部分主要为矩形辅助药型罩，而线性药型罩几乎全部形成射流，质量利用率较高。随着爆轰波的传播，射流被进一步拉伸，在４６μｓ时，射流形态仍然完整，杵体与射流出现分离。方案２中，起爆前期射流形态良好，４６μｓ时，射流出现断裂，连续性相对较差。方案３中，截顶间隙较大，在起爆１６μｓ时，射流头部和尾部形态较粗，与方案１、方案２相比压垮效果较差。起爆３０μｓ时，射流同样得到拉伸，但形态比方案１、方案２的射流
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本文编号：2852161