Page 46 - 《含能材料》优秀论文（2019年）
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破 片 撞 击 损 伤 装 药 点 火 数 值 模 拟 179
Φ80 mm×80 mm，质量约为 735 g。主发药柱为 8701 间 相 互 约 束 ，自 由 度 一 致 ，节 点 的 力 学 参 量 相 同 ；在
（JH‐2），铝板厚 60 mm，有机玻璃厚 12 mm，聚四氟乙 t 时刻 ，当塑性应变大于预设的失效应变时 ，节点族
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烯厚 6 mm，三者厚度之和为 78 mm。经 8 次平行实 内的 N 、N 、N 和 N 节点相互分离，节点族“解散”。
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验 测 定 ，冲 击 波 至 装 药 表 面 的 峰 值 压 力 平 均 值 为 当节点开始分离时，材料开始断裂，当若干个节点族
2.37 GPa，典型冲击波压力曲线如图 2 所示。 以 同 样 方 法 执 行 节 点 分 离 时 ，裂 纹 开 始 扩 展 ，因 此 ，
该 方 法 可 以 描 述 材 料 裂 纹 的 生 成 、扩 展 等 现 象 和
特性。
图 1 冲击波和破片撞击复合作用下装药点火实验示意图 图 3
Fig.1 Schematic diagram of charge ignition experiment un‐ Fig.3 节点约束‐分离示意图
Schematic diagram of nodal constraint‐separation
der combined effects of shock wave and fragment impact
破片撞击受冲击损伤装药数值模拟需要分两步进
行。首先对冲击波损伤装药过程进行数值模拟，而后
采用完全重启动方法对冲击损伤后的装药在破片撞击
下的破坏和点火反应过程进行数值模拟。LS‐DYNA
程序中的完全重启动（full restart）方法是对计算模型
的 K 文 件 大 量 修 改 时 进 行 的 一 种 分 析 ［6］ ，如 增 加 新
PART、删除 PART 等。完全重启动方法是基于前序数
值模拟结果的全新的计算分析，这种分析继承了前序
分析中相关 PART 的变形和应力情况，并将其作为完
图 2 实验测得的典型冲击波压力曲线 全重启动分析时的初始条件，计算时间域从上一次模
Fig. 2 Typical shock wave pressure curve measured by ex‐ 拟 结 束 时 间 开 始 。 应 力 和 变 形 的 传 递 通 过 关 键 字
periment
*STRESS_INITIALIZATION 实现，可以对原 K 文件中的
钨破片尺寸为 Φ6 mm，质量约为 2.18 g，通过破 所有 PART 或者部分 PART 进行初始化。
片撞击受冲击损伤装药实验，获得破片对冲击损伤装 3.2 冲击波损伤装药数值模拟
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药撞击点火的临界速度为 446.9～449.4 m·s 。 3.2.1 计算模型和参数
冲击波损伤装药的物理模型呈轴对称性，因此建
3 冲击波和破片复合作用下装药点火数值模拟
立轴对称模型的 1/2 计算模型。模型由主发药柱、有
3.1 数值模拟方法 机玻璃（PMMA）、铝板、聚四氟乙烯垫板、被发装药和
节 点 约 束‐分 离 方 法 是 指 相 邻 单 元 坐 标 相 同 的 钢锭组成，如图 4 所示。通过在主发药柱上表面中心
节点相互独立，彼此约束相对自由度，通过定义的断 处设置起爆点来代替实验中的雷管起爆主发药柱，模
裂 准 则 控 制 节 点 分 离 ，当 单 元 力 学 状 态 满 足 断 裂 准 型全部采用拉格朗日算法。为方便进行第二阶段的破
则时，节点之间的约束失效，相邻单元坐标相同的节 片撞击受冲击而损伤的装药的点火过程的模拟，被发
点 相 互 分 离 。 一 般 以 塑 性 应 变 作 为 断 裂 准 则 ，当 塑 药柱使用节点约束‐分离方法进行建模，JO‐8 炸药失效
性 应 变 大 于 预 设 的 失 效 应 变 时 ，节 点 相 互 分 离 ［2］ 。 应变为 0.66%。
图 3 给出了节点约束‐分离的示意图，在 t 时刻，拉格 主发药 8701 采用高能炸药爆轰模型和 JWL 爆轰
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［2］
朗日网格在某位置重叠 4 个节点 N 、N 、N 和 N（分 产物状态方程 ，其参数如表 1 所示。有机玻璃、聚四
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属 4 个单元），4 个节点整体组成一个节点族，节点之 氟乙烯和铝板采用 Mie‐Grüneisen 状态方程 ［7-12］ ，参数
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 3 期 （178-183）
