新结构动能弹速度对侵彻混凝土影响数值模拟赵绩枫王志军（中北大学机电工程学院，太原市，030051）摘要：为研究一种新结构动能弹侵彻混凝土的最佳着靶速度，利用有限元分析软件LS-DYNA对该弹体以不同着速侵彻混凝土进行数值模拟研究。数值模拟使用HJC本构模型来描述高应变率条件下混凝土材料的响应，根据模拟结果得到了弹体以不同着速对混凝土侵彻的影响曲线和规律。通过对数值模拟结果的研究可以发现：弹体着速对侵彻混凝土时冲击加速度、侵彻后存速和孔径具有重要影响，弹体着速为超音速时最大冲击加速度较亚音速时增大了3.4倍，得到该型弹体的最佳着靶速度为600m/s。模拟结果为新结构动能弹的实验设计和适用范围提供了一定依据。关键词：混凝土靶板；动能弹；侵彻；数值模拟；：TJ55文献标识码:ANumericalSimulationoftheEffectofVelocityonPenetratConcreteZHAO激-fengWANGZhi-jun(SchoolofMechatronicEngineering，NorthUniversityofChinataiyuan030051，China)Abstract:Forstudythebestvelocityimpactsonanewstructurekineticenergyprojectilepenetratingconcrete;theLS-DYNAwasusedtoperformnumericalsimulationontheprocessthattheprojectilepenetratingconcretetargetwithvariousvelocitytoanalyzesthepenetratingprocessandtheresult.Accordingtothesimulationresults,thecurvesaffectedbyvariousimpactvelocitiesaredrawnandthelawofpenetrationintoconcretetargetaffectedbyvariousimpactvelocityoftheprojectileisstudied.Theresultshowsthat,theimpactvelocityhasanimportantinfluenceontheimpactacceleration、remainvelocityandporediameter.Thesupersonicprojectile’smaximumimpactaccelerationcomparesthesubsonichasincreased3.4andthebestvelocityforthisprojectileis600m/s.Thenumericalsimulationlaysthefoundationforthedesignofanewstructurekineticenergyprojectile.Keywords:concretetarget;kineticenergyprojectile;penetration;numericalsimulation；1引言随着各国军事科技的不断进步精确打击目标的也能力不断增强，重要的军事设施越来越多的移至地下或采用防御工事进行保护。混凝土作为一种常用的建筑材料在民用和军事设施中有很广泛的运用，大部分工事都采用混凝土结构进行防护。动能弹可以对由混凝土防护的目标进行侵彻，穿过混凝土保护层后在其内部进行爆炸，可以有效增强对坚固目标的毁伤能力。因此动能弹对混凝土目标冲击、侵彻和贯穿问题的研究就成为武器设计中十分重要的问题。弹体依靠其动能实现对混凝土的侵彻，所以着靶速度对侵彻结果有极其重要的影响[1-2]。本文提出一种新型头部动能弹，该动能弹在柱形头部结构的基础上打开三个槽成为三齿形结构。该头部形状有助于避免弹体撞击侵彻混凝土时跳弹，同时还有利于粉碎混凝土便于弹体侵彻。为研究该新结构动能弹侵彻混凝土的最佳着靶速度达到最好的毁伤效果，利用大型有限元分析软件LS-DYNA对动能弹着靶速度为从亚音速到超高速的200m/s、400m/s、600m/s、800m/s、1000m/s进行侵彻混凝土数值模拟研究。弹体材料采用JOHNSON_C-OOK材料模型，混凝土靶模型采用JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE（简称HJC）模型。分析了弹体不同着速侵彻混凝土的过程，根据模拟结果得到了弹体以不同着速对混凝土侵彻的影响曲线，获得了弹体着靶速度对混凝土侵彻的影响规律，得到了一些有益的结论。2材料模型与参数2.1弹体材料模型弹体材料为钢，采用*MAT_JOHNSON_COOK材料模型，该模型包括材料的应变影响、应变率和温度效应。其中为等效塑性应力；为等效塑性应变；为无量纲塑性应变率；，与分别表示室温和材料的熔点；A,B,n,C和m为材料常数。材料的断裂应变：其中，既压力与等效应力的比值。具体材料参数见表1。表1弹体材料参数（mm—ms—kg—GPa）ρGEγAB7.83E-677.02000.300.791.62.2靶板材料模型混凝土靶采用*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE（简称HJC）材料模型，HJC模型可以很好地描述高应变率条件下混凝土材料的响应：其强度模型考虑了高压、应变率及损伤效应；由体积应变通过状态方程计算压力，并考虑了材料的...