球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料破碎的数值模拟分析

郝伟江 龙仁荣 张庆明 陈利 龚自正

郝伟江, 龙仁荣, 张庆明, 陈利, 龚自正. 球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料破碎的数值模拟分析[J]. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024102. doi: 10.11858/gywlxb.20180651
引用本文: 郝伟江, 龙仁荣, 张庆明, 陈利, 龚自正. 球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料破碎的数值模拟分析[J]. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024102. doi: 10.11858/gywlxb.20180651
HAO Weijiang, LONG Renrong, ZHANG Qingming, CHEN Li, GONG Zizheng. Numerical Simulation Analysis of Back Fragmentation of Sphere by Hypervelocity Impact[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2019, 33(2): 024102. doi: 10.11858/gywlxb.20180651
Citation: HAO Weijiang, LONG Renrong, ZHANG Qingming, CHEN Li, GONG Zizheng. Numerical Simulation Analysis of Back Fragmentation of Sphere by Hypervelocity Impact[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2019, 33(2): 024102. doi: 10.11858/gywlxb.20180651

球形弹丸超高速撞击靶板时背表面材料破碎的数值模拟分析

doi: 10.11858/gywlxb.20180651
基金项目: 国家自然科学基金(11521062)
详细信息
    作者简介:

    郝伟江(1991-),男,硕士,主要从事材料与结构冲击动力学研究. E-mail: godlovehwj@163.com

    通讯作者:

    龙仁荣(1982-),男,博士,副教授,主要从事材料与结构冲击动力学研究. E-mail: longrenrong@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O383

Numerical Simulation Analysis of Back Fragmentation of Sphere by Hypervelocity Impact

  • 摘要: 选取合适的材料状态方程和强度模型,通过数值模拟分析超高速撞击下弹丸材料的破碎行为。弹丸的破碎主要有两种:稀疏波引起的层裂和材料在高压作用下的碎裂。由于层裂影响和高压影响下弹丸的破碎方式不同,导致两种情况下材料产生的碎片形状和大小不同。分析球形弹丸在撞击靶板过程中压力脉冲的传播及衰减形式发现:在弹丸和靶板尺寸相同的情况下,弹丸中压力脉冲的脉宽基本保持不变,而峰值压力随着撞击速度的增加而增加;在撞击速度相同的情况下,弹丸中压力脉冲的峰值压力基本不变,而压力脉冲的脉宽随着靶板厚度的增加而增加。弹丸中传播的压力脉冲与后期弹丸背表面的层裂相关,其峰值及变化速率直接影响背表面层裂厚度,其脉宽直接影响背表面沿弹丸径向的层裂深度。得到层裂厚度以及层裂破碎方式的影响区域,对研究后期碎片云分布有重要参考价值。

     

  • 图  数值模拟和实验结果对比

    Figure  1.  Comparison of numerical simulation and experimental results

    图  撞击后不同时间压力曲线变化

    Figure  2.  Pressure curves at different time after impact

    图  弹丸内部峰值压力随时间衰减曲线

    Figure  3.  Internal peak pressure of projectile decays with time

    图  不同速度弹丸的内部压力云图

    Figure  4.  Internal pressure nephogram of projectile with different speeds

    图  不同速度弹丸的压力脉冲曲线

    Figure  5.  Pressure pulse curve of projectile with different speeds

    图  不同靶板厚度下弹丸内压力云图

    Figure  6.  Pressure nephogram of projectile with different target thicknesses

    图  不同靶板厚度下弹丸内部压力脉冲曲线

    Figure  7.  Internal pressure pulse curve of projectile with different target thicknesses

    图  不同速度工况下弹丸背表面层裂情况(弹丸局部)

    Figure  8.  Spallation of sphere’s back surface under different speed conditions (one part of the projectile)

    图  不同靶板厚度下弹丸背表面层裂(弹丸局部)

    Figure  9.  Spallation of sphere’s back surface with different target thicknesses (one part of the projectile)

    表  1  Al2024-T351材料的Johnson-Cook本构模型参数

    Table  1.   Johnson-Cook model parameters for Al2024-T351

    A/MPaB/MPaCmnTroom/KTmelt/K
    2654260.01510.34300775
    下载: 导出CSV

    表  2  Al2024-T351材料的Mie-Grüneisen状态方程参数

    Table  2.   Mie-Grüneisen state equation parameters for Al2024-T351

    ρ0/(g·cm-3)C0/(m·s-1)SΓ0
    2.78553281.3382
    下载: 导出CSV
  • [1] 龚自正, 徐坤博, 牟永强, 等. 空间碎片环境现状与主动移除技术 [J]. 航天器环境工程, 2014(2): 129–135

    GONG Z Z, XU K B, MOU Y Q, et al. Current status and active removal technology of space debris environment [J]. Spacecraft Environmental Engineering, 2014(2): 129–135
    [2] 迟润强, 庞宝君, 何茂坚, 等. 球形弹丸超高速正撞击薄板破碎状态实验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2009, 29(3): 231–236 doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.03.002

    CHI R Q, PANG B J, HE M J, et al. Experimental study on the state of ultra-high speed positive impact thin plate of spherical projectile [J]. Explosion and Shock Waves, 2009, 29(3): 231–236 doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.03.002
    [3] 徐金中, 汤文辉, 徐志宏. 超高速碰撞碎片云特征的SPH方法数值分析 [J]. 高压物理学报, 2008, 22(4): 377–383 doi: 10.3969/j.issn.1000-5773.2008.04.007

    XU J Z, TANG W H, XU Z H. Numerical analysis of SPH method for ultra-high speed collision debris cloud [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2008, 22(4): 377–383 doi: 10.3969/j.issn.1000-5773.2008.04.007
    [4] 卞梁, 王肖钧, 肖卫国, 等. 应力波和层裂计算中的光滑粒子法 [J]. 中国科学技术大学学报, 2007, 37(7): 706–710, 723 doi: 10.3969/j.issn.0253-2778.2007.07.003

    BIAN L, WANG X J, XIAO W G, et al. Smooth particle method in stress wave and spallation calculation [J]. Journal of University of Science and Technology of China, 2007, 37(7): 706–710, 723 doi: 10.3969/j.issn.0253-2778.2007.07.003
    [5] 迟润强. 弹丸超高速撞击薄板碎片云建模研究 [D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.

    CHI R Q. Research on debris cloud modeling of projectile ultra-high speed impacting sheet [D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2010.
    [6] JOHNSON G R, COOK W H. A constitutive model and data for materials subjected to large strains, high strain rates and high temperatures [C]//Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics. The Hague, Netherlands, 1983.
    [7] PIEKUTOWSKI A J. Formation and description of debris clouds produced by hypervelocity impact: NASA8-38856 [R]. 1996: 169–175.
    [8] GRADY D E, KIPP M E. Impact failure and fragmentation properties of metals: SAND98-0387 UC-704 [R]. 1998: 33–34.
    [9] 王礼立. 应力波基础 [M]. 2版. 北京: 国防工业出版社, 2005: 60–64

    WANG L L. Stress wave foundation [M]. 2nd Ed. Beijing: National Defense Industry Press, 2005: 60–64.
    [10] PIEKUTOWSKI A J. Fragmentation-initiation threshold for spheres impacting at hypervelocity [J]. International Journal of Impact Engineering, 2003, 29: 563–566. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2003.10.005
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  10641
  • HTML全文浏览量:  4547
  • PDF下载量:  64
出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-15
  • 修回日期:  2018-11-08

目录

    /

    返回文章
    返回