ANSYS适应新型串联战斗部要求的随进子弹研究(6)
隔板材料为尼龙，隔板厚度为40mm、50mm、60mm时前级爆轰对随进子弹头部的压力峰值见表2.2.6。
表2.2.6 隔板为尼龙时随进子弹压力峰值
隔板厚度b(mm) 40 50 60
压力峰值px’(GPa)
2.92 1.77 1.07
隔板厚度从0mm到100mm时，随进子弹头部压力峰值曲线见图2.2.6。
由上文计算数据的对比计算可以看出，无隔板时弹头压力峰值较大，在距离为80mm时，超压值依然大于2GPa，故不选用无隔板方法。下面分析冲击波在隔板为四种不同材料中的衰减，衰减曲线对比见图2.2.7。
图2.2.2 无隔板时随进子弹头部压力峰值
图2.2.3 隔板为45钢时随进子弹头部压力峰值
图2.2.4 隔板为LY12铝时随进子弹头部压力峰值
图2.2.5 隔板为有机玻璃时随进子弹头部压力峰值
图2.2.6 隔板为尼龙时随进子弹头部压力峰值
图2.2.7 隔板为不同材料压力衰减曲线对比
由图2.2.7的曲线对比可知，在隔板厚度为20mm~100mm中，有机玻璃的传入初始压强最小，冲击波衰减最快，隔爆效果最好；45钢的传入初始压强最大，冲击波衰减最慢，隔爆效果最差；LY12铝的传入初始压强比尼龙的大，但是二者在隔板厚度为55mm以上时，压力衰减状况相差不多。
若选择有机玻璃为隔爆材料，有机玻璃在前级装药在爆炸过程中被破坏成很多小颗粒，则会对后级随进子弹的外形和姿态造成影响，故可以选用尼龙或LY12铝作为隔爆材料。LY12铝的密度要比尼龙大得多，由于隔板的密度越小越有利于二级随进战斗部的侵彻，提高战斗部威力[24]。故选择尼龙作为隔爆材料，隔板厚度选择60mm，此时随进子弹压力峰值为1.07Gpa。
这种情况下，可继续计算出从隔板材料（尼龙）传入随进子弹弹头材料（45钢）的压力峰值，该情况为反射增强，可通过式（2.2.4）、式（2.2.6）与式（2.2.8）联立方程组，并带入表2.2.1中45钢的材料参数，解得传入随进子弹头部的压力峰值P=2.48Gpa。
2.2.6 冲击波对随进子弹影响有限元仿真
为研究前级装药爆炸对随进子弹的影响，验证理论计算结果的正确性，应用ANSYS/AUTODYN-2D显式非线性动力学的有限元分析软件，对本串联战斗部内部前级装药和随进子弹进行仿真。
流体力学计算方法按采用坐标系的不同分为Lagrange方法和Euler方法两大类[25]，Lagrange方法的特点是网格随物体移动，不同物质之间的界面能够清晰地表示出来，但在计算大变形问题时会遇到网格扭曲和变形等困难；Euler方法能计算大变形问题，但难以精确地描述物质的界面，因此计算格式的精度和物质界面的处理是Euler方法的两个关键内容；近期发展的SPH、DEM等无网格方法发展较晚、精度较低，所以应用较少。在本次有限元计算中，为避免Lagrange网格在爆炸过程中由于附着在炸药材料上、爆轰气体变形较大时出现的网格严重畸变所引起的数值计算困难，故选用Euler网格建模。作用区域用内能为206640J的空气填充，空气四周设置Flow-out边界条件，以防止爆轰产物在空气边界处进行反射，干扰内部计算。
前级装药采用8701高能炸药，使用Jones-Wilkins-Lee（JWL）状态方程描述炸药的爆轰及动能的释放过程，以炸药爆轰产物压力p表示的JWL状态方程为[26]：
(2.2.13)
其中：E——初始比能
v——爆轰产物相对体积
A、B、R1、R2、ω——常数