预制破片战斗部爆炸威力场数值模拟分析
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摘要
预制破片战斗部在爆炸过程中,伴随着巨大的能量释放,产生强烈的冲击波和高温高压爆轰产物。同时,破片获得一定的能量并以一定的初速度抛散出去。冲击波和抛散的破片是预制破片战斗部的两大杀伤元素。作为战斗部毁伤效应研究的重要内容之一,对其爆炸冲击波和破片进行研究和分析是非常必要的。
由于预制破片的战斗部的爆轰驱动和破片抛散过程是一个非常复杂的物理、力学过程因此采用理论分析的方法非常困难,如果采用实验的方法研究则不仅设计结构周期长而且花费较高,目前随着计算机技术的发展和数值模拟手段的提高,使得数值模拟技术成为弹药设计的一个重要手段,鉴于此本文采用数值模拟的方法对其威力场进行分析。本文从建立预制破片战斗部计算模型、数值模拟分析出发,主要做了以下几个方面的工作:
在对预制破片战斗部爆炸驱动作用机理研究分析的基础上,分一层破片和两层破片建立了中心起爆式预制破片战斗部爆炸驱动的两种三维有限元模型。该模型包括爆轰炸药的起爆、爆轰波的传播及对预制破片的初始驱动、破片之间的复杂碰撞等复杂过程。
利用三维有限元分析程序LS-DYNA3D,计算了在爆炸载荷作用下预制破片驱动过程和飞散分布特性,获得了预制破片在爆炸载荷作用下的主要物理参数的变化规律。
将数值计算的结果,与理论公式进行了对比,分析了误差产生的原因,并对经验公式进行了修正。
With the explosion of the prefabricate fragment warhead the energy is released and come with intense shockwave and high temperature and high pressed production. Meanwhile, after obtain energy the fragment will scatter with certain velocity,so the shockwave and the scattering fragments are the two elements that will kill and wound the target. in this case it is very necessary for use to study the pressure field and the fragment field.
As the process of the detonator explosion and the impaction of the fragment is very complicated either in physics or in mechanics, so it is very difficult for us to study theoretically but if we do experiment, it will cost plenty of fund and time. The economical way is simulation.
Nowadays, with the development of the technique of the computer and the improvement of the means of the simulation, simulation has become a very important way to study the pressure field and the fragment field of the prefabricate fragment warhead. via finite element program I build the prefabricate fragment warhead model and calculate pressure field and the fragment field.
These are what I did in this thesis:
On the base of the analysis of the theory of the explosion I build two kind of 3d ls_dyna prefabricate fragment warhead models. One include one layer prefabricate fragments and the other include two layer prefabricate fragments. They all explode at the center of the bottom of the warhead.
After calculation I analysis pressure field and the fragment field including shock wave, exceed pressure, compare with the theoretical result it shows that the simulation result fix with the theory formula very well. in term of the warhead with two layer prefabricate fragments there is still no theoretical formula to calculate the result ,by comparing with the simulation result I give the advice for the modifying of the theoretical formula for the warhead with two layer prefabricate fragments and provide reference for the design and optimizing of prefabricate fragment warhead.
由于预制破片的战斗部的爆轰驱动和破片抛散过程是一个非常复杂的物理、力学过程因此采用理论分析的方法非常困难,如果采用实验的方法研究则不仅设计结构周期长而且花费较高,目前随着计算机技术的发展和数值模拟手段的提高,使得数值模拟技术成为弹药设计的一个重要手段,鉴于此本文采用数值模拟的方法对其威力场进行分析。本文从建立预制破片战斗部计算模型、数值模拟分析出发,主要做了以下几个方面的工作:
在对预制破片战斗部爆炸驱动作用机理研究分析的基础上,分一层破片和两层破片建立了中心起爆式预制破片战斗部爆炸驱动的两种三维有限元模型。该模型包括爆轰炸药的起爆、爆轰波的传播及对预制破片的初始驱动、破片之间的复杂碰撞等复杂过程。
利用三维有限元分析程序LS-DYNA3D,计算了在爆炸载荷作用下预制破片驱动过程和飞散分布特性,获得了预制破片在爆炸载荷作用下的主要物理参数的变化规律。
将数值计算的结果,与理论公式进行了对比,分析了误差产生的原因,并对经验公式进行了修正。
With the explosion of the prefabricate fragment warhead the energy is released and come with intense shockwave and high temperature and high pressed production. Meanwhile, after obtain energy the fragment will scatter with certain velocity,so the shockwave and the scattering fragments are the two elements that will kill and wound the target. in this case it is very necessary for use to study the pressure field and the fragment field.
As the process of the detonator explosion and the impaction of the fragment is very complicated either in physics or in mechanics, so it is very difficult for us to study theoretically but if we do experiment, it will cost plenty of fund and time. The economical way is simulation.
Nowadays, with the development of the technique of the computer and the improvement of the means of the simulation, simulation has become a very important way to study the pressure field and the fragment field of the prefabricate fragment warhead. via finite element program I build the prefabricate fragment warhead model and calculate pressure field and the fragment field.
These are what I did in this thesis:
On the base of the analysis of the theory of the explosion I build two kind of 3d ls_dyna prefabricate fragment warhead models. One include one layer prefabricate fragments and the other include two layer prefabricate fragments. They all explode at the center of the bottom of the warhead.
After calculation I analysis pressure field and the fragment field including shock wave, exceed pressure, compare with the theoretical result it shows that the simulation result fix with the theory formula very well. in term of the warhead with two layer prefabricate fragments there is still no theoretical formula to calculate the result ,by comparing with the simulation result I give the advice for the modifying of the theoretical formula for the warhead with two layer prefabricate fragments and provide reference for the design and optimizing of prefabricate fragment warhead.
引文
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