G45钢破片对中大口径弹体侵彻仿真分析

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.05.017

摘要/Abstract

摘要：

为了研究不同质量G45钢破片对中大口径弹药壳体侵彻效应，利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立破片侵彻壳体模型。将弹药壳体通过等效公式换为Q235钢板，开展了在不同速度下，不同质量G45钢破片侵彻等效靶板Q235钢数值模拟仿真。仿真分析结果表明：相同质量下，G45钢破片撞击靶板侵彻深度与侵彻直径随着速度增加呈现递增趋势；得到了4.7 g，9.8 g小质量G45钢破片在800～1 800 m/s速度范围内无法有效穿透中大口径弹体等效靶的结论；19.5 g G45钢破片侵彻20 mm的中大口径弹体等效靶的极限穿透速度范围在1 200～1 400 m/s之间。

关键词: 高速破片, G45钢, 数值模拟, 毁伤机理, 侵彻效应

Abstract:

The shell model of fragment penetration is built by finite element analysis software ANSYS/LS-DYNA to study the penetration effect of G45 steel fragments with different qualities on medium and large caliber ammunition shells. The ammunition shell is changed into a Q235 steel plate by the equivalent formula， and numerical simulations of the penetration of the equivalent target plate Q235 steel by G45 steel fragments with different qualities at different speeds are carried out. The simulation results show that under the same mass， the penetration depth and diameter of G45 steel fragments impinging on the target plate increase with the rising velocity. The small mass G45 steel fragments of 4.7 g and 9.8 g cannot penetrate the equivalent target of medium and large caliber projectiles in the velocity range of 800–1800 m/s. The limit penetration velocity of 19.5 g G45 steel fragment penetrating the equivalent target of 20 mm medium and large caliber projectiles is between 1 200 and 1 400 m/s.

Key words: high-velocity fragment, G45 steel, numerical simulation, damage mechanism, penetration effect

中图分类号:

TJ410

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图/表 20

图1 破片实物图

Fig. 1 Fragment picture

表1 仿真方案表

Table 1 Simulation scheme

序号	质量/g	速度/（m·s^-1）
1	4.7	800
2		1 000
3		1 200
4		1 400
5		1 600
6		1 800
7	9.8	800
8		1 000
9		1 200
10		1 400
11		1 600
12		1 800
13	19.5	800
14		1 000
15		1 200
16		1 400
17		1 600
18		1 800

表2 G45钢参数 (cm-g-µs-Mbar)

Table 2 G45 steel parameters

RO	G	PR	A	B	n	C	m	TM
9.2	1.37	0.3	0.014 45	0.013 26	0.356	0.005	1.12	1 290

表3 Q235靶板参数 (cm-g-µs-Mbar)

Table 3 Q235 target plate parameters

RO	G	PR	A	B	n	C	m	TM
7.85	0.773	0.3	0.002 35	0.004 4	0.08	0.1	0.55	1 795

图2 破片侵彻模型1/4图

Fig. 2 1/4 figure of fragment penetration model

表4 仿真结果

Table 4 Simulation results

质量/g	撞击速度/ （m·s^-1）	是否穿透	侵彻深度/mm	侵彻直径/mm
4.7	800	否	3.76	18.22
	1 000	否	6.76	23.73
	1 200	否	8.93	23.37
	1 400	否	10.01	22.31
	1 600	否	11.64	24.40
	1 800	否	12.65	24.85
9.8	800	否	4.73	20.30
	1 000	否	6.85	23.52
	1 200	否	9.46	25.26
	1 400	否	13.65	30.10
	1 600	否	15.63	30.80
	1 800	否	17.44	30.22
19.5	800	否	6.57	27.60
	1 000	否	10.44	28.05
	1 200	否	16.15	32.57
	1 400	是	20	33.86
	1 600	是	20	36.27
	1 800	是	20	37.73

图3 800 m/s破片速度趋势图

Fig. 3 Trend of fragment velocity at 800 m/s

图4 800 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 4 Target plate after 800 m/s fragment penetration

图5 1 800 m/s破片速度趋势图

Fig. 5 Trend of fragment velocity at 1 800 m/s

图6 1 800 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 6 Target plate after 1 800 m/s fragment penetration

图7 800 m/s破片速度趋势图

Fig. 7 Trend of fragment velocity at 800 m/s

图8 800 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 8 Target plate after 800 m/s fragment penetration

图9 1 800 m/s破片速度趋势图

Fig. 9 Trend of fragment velocity at 1 800 m/s

图10 1 800 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 10 Target plate after 1 800 m/s fragment penetration

图11 1 200 m/s破片速度趋势图

Fig. 11 Trend of fragment velocity at 1 200 m/s

图12 1 200 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 12 Target plate after 1 200 m/s fragment penetration

图13 1 800 m/s破片速度趋势图

Fig. 13 Trend of fragment velocity at 1 800 m/s

图14 1 800 m/s破片侵彻后靶板图

Fig. 14 Target plate after 1 800 m/s fragment penetration

图15 侵彻深度随侵彻速度变化曲线

Fig. 15 Variation of penetration depth with penetration velocity

图16 侵彻直径随侵彻速度变化曲线

Fig. 16 Variation of penetration diameter with penetration velocity

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