LS-DYNA爆炸成型弹丸的成形及侵彻过程分析(3)
2 爆炸成型弹丸成型机理
2.1 单层EFP成型机理分析
有关EFP的研究已经进行了近百年，大量的专家、学者对影响EFP形成、飞行和侵彻全过程中的各种因素都做了比较细致的研究，特别是随着试验条件的改进和计算机技术的飞速发展，EFP向着更加广阔的研究空间发展，这些研究却主要集中在数值仿真和试验，至今，还没有一种能真正描述EFP成型过程的理论分析模型，分析其原因，主要是由于EFP形成过程中材料仅在弹头部汇聚，药型罩材料处于介于流体和固体的状态，微元在翻转过程中相互之间存在作用力，而且这种作用力的大小和作用时间都难以计算，导致不同结构的药型罩形成的EFP弹丸形状差别很大。由于结构简单，研究形成机理时常选大锥角药型罩或球缺药型罩。下面简单介绍这两种药型罩成型机理。
1、大锥角药型罩
大量的试验结果表明，大锥角药型罩的锥角范围在120°~150°之间，锥角约为140°时形成的EFP性能最佳。在高能、高温、高压的爆轰波驱用下，药型罩发生强烈的塑性变形且释放出大量热量，药型罩的强度几乎可以忽觉。由于爆轰波到达和作用的时间不同，爆轰波作用过后，药型罩整体获得整体刚体速度的同时，药型罩微元之间产生速度差。锥顶角微元在的速度方向近似为壁面的法向，分解后的径向速度满足形成射流的速度下限，且锥角微元距离轴线较近，在轴线处相碰后形成射流或者拉断形成杵。由于射流的速度较大，射流拉断形成前驱射滴，杵和后部的罩形成EFP和崩落的飞片。
2、球缺药型罩
大锥角药型罩由于射滴的存在导致药型罩的利用率较低，为了解决锥顶角的问题设计了球缺药型罩。球缺罩顶部微元曲率半径在理论上为无穷大,轴向爆轰波垂直作用在这些微元上,微元仅存在轴向速度而没有径向速度,顶部微元不会因为碰撞而导致成形过程中出现射滴现象[26]。
图2.1 两种药型罩速度分布
由文献[27]的计算和分析表明，球缺形药型罩由于轴线方向速度梯度大，并且径向速度而增大，所以能形成头部形状较好且长径比较大的EFP。大锥角形药型罩头部轴向速度梯度过大容易断裂或者形成射流，尾部径向速度随着轴线距离增大而反而减小，尾部压缩不足，形成的EFP不理想。本课题的计算模型采用的是弧锥结合型药型罩，它解决了单一药型罩无法形成满足要求的EFP的问题。
2.2 单层EFP成型模式
爆轰波扫过药型罩以后，药型罩的静力学强度已经丧失，加之此时药型罩中存在速度梯度，形状将发生巨大的变化，在200us左右可以形成速度稳定的弹体。不同结构的爆炸成型装药最后锻造出的弹丸不尽相同，主要有三种典型的形状。
2.2 向后翻转型
2.3 向前翻转型
2.4 翻转闭合型
1、向后翻转型(图2.2)：爆轰波首先扫过药型罩顶部，顶部微元在高速爆轰波驱动下动能不断地增加，从中心到边缘形成较高的能量密度梯度，药型罩可以在50us内完成翻转。远离中心的微元在径向速度的作用下向轴线处挤压，药型罩在翻转的过程中形成EFP了密实的头部。
2、向前翻转型(图2.3)：这种形态的EFP与向后翻转型正好相反，边缘处厚度小微元质量小，虽然爆轰波到达时间迟，却获得了比中心处还高的速度。向前翻转型EFP弹头和重心靠后，且气动性较差，一般不使用。
3、翻转闭合型(图2.4)：这种EFP是前两种的结合，药型罩边缘薄，获得了与中心几乎相同的速度，中心和边缘都出了翻转，形成翻转闭合型EFP。翻转闭合型EFP经过折叠形成后近似球形，球形EFP有较好的飞行稳定的[28]。