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[摘 要]描述了弹丸高速碰撞靶体过程中的各种破坏效应，包括成坑、冲塞等。详细介绍和分析了基于AUTODYN程序数值模拟弹丸高速碰撞靶体问题的关键技术，包括基本算法、材料强度模型和失效模型、材料状态方程单元侵蚀等。在此基础上，通过典型算例验证了基于 AUTODYN 程序模拟弹丸高速碰撞靶体过程中各种破坏效应的可行性、有效性和可靠性。
[关键词]AUTODYN 侵彻 钨立方体
中图分类号：O385 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0278-01
1 引言
高速碰撞是一个典型的高温高压高应变率问题，在弹靶相互作用过程中，弹靶材料均会发生较大的变形。采用 AUTODYN 软件对钨立方体高速侵彻钢板的过程进行了数值模拟研究。
2 算法选择
用来描述高速侵彻过程的主要有Euler、Lagrange及SPH方法。Euler方法的优点是网格空间固定，物质在网格内可以任意流动，所以不要求处理网格大变形问题，其缺点是不容易区分侵彻过程中弹靶材料的界面；Lagrange方法是网格固定在物质材料上，当材料发生变形时，网格也随着发生变形，它的一个很大的好处是弹靶材料界面比较清晰。但是在高速侵彻过程中，Lagrange网格会产生畸变，会引起时间步长的持续减小，导致计算效率显著下降，甚至引起计算终止。这时通常引入侵蚀算法来解决这个问题，即当侵彻过程中弹靶材料（网格）变形达到一定程度时认为它在侵彻过程中不起作用，这时程序自动把它移除。SPH方法是一种纯拉格朗日粒子方法，不需要使用网格，可以避免Lagrange方法中网格扭曲问题，它在大变形问题尤其是超高速碰撞领域得到了广泛的应用。
本文研究钨立方体高速侵彻靶板时的成坑效应，为了较为精确的刻画坑的形貌、尺寸，必然对弹靶接触区域网格划分很细，但是 SPH方法在建模时不能采用变网格，整个模型整体细分又会导致模型较大，大大减小计算效率，故本文把弹靶材料均离散成Lagrange网格，且当网格几何应变达到200%时即认为其失效。
3 模型建立
考虑到整个模型为一个严格轴对称问题，所以可以简化为二维问题。假设对称轴为X轴，在进行建模时，仅建立1/2模型。在进行网格划分时，弹丸的最小尺寸为0.1mm，在弹靶接触的4倍弹丸半径尺寸内靶板网格尺寸为0.1mm，其余部分采用变网格技术，由靶板中心到边缘依次增大。
本文采用6mm×6mm×6mm的钨立方体，钢板厚度为10mm普通钢板，并赋予钨立方体1300m/s的初速。具体模型参数见表1，2，图1：
根据参数建立模型，并设置条件进行仿真计算，仿真结果如图2示：
4 计算结果分析
图2为6mm×6mm×6mm钨合金立方体以1300m/s的速度撞击10mm普通钢板时弹靶作用过程。钨立方体以1300m/s的速度撞击钢板时，10mm钢板直接被穿透，在0.01ms时靶板正面产生翻边，背面产生鼓包。弹靶碰撞过程可以分成二个阶段，即开坑-侵彻阶段。当弹丸高速碰撞靶板时，產生的碰撞应力大大超过了弹靶材料的动态屈服强度，使得材料在碰撞的局部区域内发生变形、破坏，靶板在弹丸的挤压下向正向及径向产生塑性流动，形成孔洞，同时在弹靶接触处由于稀疏波的作用，出现翻边。在开坑阶段之后，弹靶材料不断破坏，使得弹丸材料不断被侵蚀掉，同时靶坑也不断出现新的表面。
5 与试验结果对比
由于试验所用弹、靶材料自身的缺陷及试验过程中存在的人为误差，数值模拟中均为理想状态，不存在试验过程中的不利因素，所以试验结果与数值模拟结果残余弹体的形状存在差异。
侵彻过程中靶板由于受到钨破片的侵彻作用而破坏掉的材料不断累积并跟随钨破片头部一起向前运动，造成侵彻通道在径向尺寸上逐渐增大；数值模拟中靶板所使用的材料模型具有网格，侵彻过程中当靶板材料受到高速撞击产生大应变时，网格自动删除避免计算产生错误，这是数值模拟中靶板的侵彻通道径向尺寸几乎相同的主要原因。
6 结论
（1）钨立方体高速侵彻中厚靶板时，分为开坑-稳定侵彻阶段。当弹丸高速碰撞靶板时，产生的碰撞应力大大超过了弹靶材料的动态屈服强度，使得材料在碰撞的局部区域内发生变形、破坏，靶板在弹丸的挤压下向正向及径向产生塑性流动，形成孔洞，同时在弹靶接触处由于稀疏波的作用，出现翻边。在开坑阶段之后，弹靶材料不断破坏，使得弹丸材料不断被侵蚀掉，同时靶坑也不断出现新的表面。靶坑在弹体材料及惯性作用下，不断扩大、加深。
（2）数值计算对侵彻孔形貌及尺寸的预测与试验结果吻合较好，这说明本文所采用的计算方法及材料模型及参数准确，可以用来研究钨球对钢板的高速侵彻效应。
参考文献
[1] 焦志刚，许强，董兴.钨合金杆式弹侵彻过程研究.
[2] 迟润强.弹靶尺寸对陶瓷_金属复合装甲防护性能的影响.
[3] 李世民.基于AUTODYN对弹丸高速碰撞靶体的数值模拟.
[关键词]AUTODYN 侵彻 钨立方体
中图分类号：O385 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0278-01
1 引言
高速碰撞是一个典型的高温高压高应变率问题，在弹靶相互作用过程中，弹靶材料均会发生较大的变形。采用 AUTODYN 软件对钨立方体高速侵彻钢板的过程进行了数值模拟研究。
2 算法选择
用来描述高速侵彻过程的主要有Euler、Lagrange及SPH方法。Euler方法的优点是网格空间固定，物质在网格内可以任意流动，所以不要求处理网格大变形问题，其缺点是不容易区分侵彻过程中弹靶材料的界面；Lagrange方法是网格固定在物质材料上，当材料发生变形时，网格也随着发生变形，它的一个很大的好处是弹靶材料界面比较清晰。但是在高速侵彻过程中，Lagrange网格会产生畸变，会引起时间步长的持续减小，导致计算效率显著下降，甚至引起计算终止。这时通常引入侵蚀算法来解决这个问题，即当侵彻过程中弹靶材料（网格）变形达到一定程度时认为它在侵彻过程中不起作用，这时程序自动把它移除。SPH方法是一种纯拉格朗日粒子方法，不需要使用网格，可以避免Lagrange方法中网格扭曲问题，它在大变形问题尤其是超高速碰撞领域得到了广泛的应用。
本文研究钨立方体高速侵彻靶板时的成坑效应，为了较为精确的刻画坑的形貌、尺寸，必然对弹靶接触区域网格划分很细，但是 SPH方法在建模时不能采用变网格，整个模型整体细分又会导致模型较大，大大减小计算效率，故本文把弹靶材料均离散成Lagrange网格，且当网格几何应变达到200%时即认为其失效。
3 模型建立
考虑到整个模型为一个严格轴对称问题，所以可以简化为二维问题。假设对称轴为X轴，在进行建模时，仅建立1/2模型。在进行网格划分时，弹丸的最小尺寸为0.1mm，在弹靶接触的4倍弹丸半径尺寸内靶板网格尺寸为0.1mm，其余部分采用变网格技术，由靶板中心到边缘依次增大。
本文采用6mm×6mm×6mm的钨立方体，钢板厚度为10mm普通钢板，并赋予钨立方体1300m/s的初速。具体模型参数见表1，2，图1：
根据参数建立模型，并设置条件进行仿真计算，仿真结果如图2示：
4 计算结果分析
图2为6mm×6mm×6mm钨合金立方体以1300m/s的速度撞击10mm普通钢板时弹靶作用过程。钨立方体以1300m/s的速度撞击钢板时，10mm钢板直接被穿透，在0.01ms时靶板正面产生翻边，背面产生鼓包。弹靶碰撞过程可以分成二个阶段，即开坑-侵彻阶段。当弹丸高速碰撞靶板时，產生的碰撞应力大大超过了弹靶材料的动态屈服强度，使得材料在碰撞的局部区域内发生变形、破坏，靶板在弹丸的挤压下向正向及径向产生塑性流动，形成孔洞，同时在弹靶接触处由于稀疏波的作用，出现翻边。在开坑阶段之后，弹靶材料不断破坏，使得弹丸材料不断被侵蚀掉，同时靶坑也不断出现新的表面。
5 与试验结果对比
由于试验所用弹、靶材料自身的缺陷及试验过程中存在的人为误差，数值模拟中均为理想状态，不存在试验过程中的不利因素，所以试验结果与数值模拟结果残余弹体的形状存在差异。
侵彻过程中靶板由于受到钨破片的侵彻作用而破坏掉的材料不断累积并跟随钨破片头部一起向前运动，造成侵彻通道在径向尺寸上逐渐增大；数值模拟中靶板所使用的材料模型具有网格，侵彻过程中当靶板材料受到高速撞击产生大应变时，网格自动删除避免计算产生错误，这是数值模拟中靶板的侵彻通道径向尺寸几乎相同的主要原因。
6 结论
（1）钨立方体高速侵彻中厚靶板时，分为开坑-稳定侵彻阶段。当弹丸高速碰撞靶板时，产生的碰撞应力大大超过了弹靶材料的动态屈服强度，使得材料在碰撞的局部区域内发生变形、破坏，靶板在弹丸的挤压下向正向及径向产生塑性流动，形成孔洞，同时在弹靶接触处由于稀疏波的作用，出现翻边。在开坑阶段之后，弹靶材料不断破坏，使得弹丸材料不断被侵蚀掉，同时靶坑也不断出现新的表面。靶坑在弹体材料及惯性作用下，不断扩大、加深。
（2）数值计算对侵彻孔形貌及尺寸的预测与试验结果吻合较好，这说明本文所采用的计算方法及材料模型及参数准确，可以用来研究钨球对钢板的高速侵彻效应。
参考文献
[1] 焦志刚，许强，董兴.钨合金杆式弹侵彻过程研究.
[2] 迟润强.弹靶尺寸对陶瓷_金属复合装甲防护性能的影响.
[3] 李世民.基于AUTODYN对弹丸高速碰撞靶体的数值模拟.