活性聚能侵彻体贯穿防护功能型硬目标后，在穿靶后发生剧烈爆炸，可实现对靶后有生力量、技术装备等目标产生高效后效毁伤效应。基于活性聚能侵彻体靶后爆燃特性，数值模拟中利用防护功能型硬目标内特定坐标处一定当量炸药爆炸进行等效。实验与数值模拟结果均表明，活性聚能侵彻体靶后释能量以及作用距离均对靶后超压效应影响显著。......
2023-06-18
本体功能型硬目标毁伤机理详解
【摘要】：反应弛豫时间之后，进入侵孔的剩余活性聚能侵彻体发生爆燃反应，释放大量化学能和气体产物，在侵孔内形成高温高压作用场，从而显著提升了对混凝土类硬目标的毁伤效应。活性聚能战斗部作用本体功能型硬目标毁伤机理可通过数值仿真进行，计算模型如图6.15所示。炸药直径为25 mm时，抛掷效应最为显著，靶体上表面、侧面及底面裂纹密集，最终产生结构爆裂解体。图6.18炸药直径对毁伤效应的影响表6.2混凝土靶毁伤数据
活性药型罩在成型装药爆炸加载下形成活性聚能侵彻体，由于活性材料存在反应迟豫特性，这使活性聚能侵彻体可在反应前保持其动能侵彻能力，在混凝土靶内形成一定深度的侵孔。反应弛豫时间之后，进入侵孔的剩余活性聚能侵彻体发生爆燃反应，释放大量化学能和气体产物，在侵孔内形成高温高压作用场，从而显著提升了对混凝土类硬目标的毁伤效应。
基于以上分析，活性聚能侵彻体作用混凝土类硬目标的过程可等效为动能先侵、化学能后爆两个阶段。活性聚能战斗部作用本体功能型硬目标毁伤机理可通过数值仿真进行，计算模型如图6.15所示。
图6.15 数值仿真计算模型
混凝土靶为立方体，尺寸为500 mm×500 mm×1 000 mm，材料为C35混凝土。靶体中预设一定深度的侵孔，埋入一定长度和质量的B炸药，以模拟活性聚能侵彻体侵彻至一定深度爆炸后对混凝土靶毁伤效应。计算中分析两种典型工况，一是炸药埋深对混凝土靶毁伤效应的影响，炸药直径和长度分别为30 mm和300 mm，炸药埋深分别为200 mm、300 mm、400 mm和500 mm；二是炸药直径及装药量对混凝土靶毁伤效应的影响，炸药埋深和长度均为200 mm，直径分别为10 mm、15 mm、20 mm和25 mm。仿真采用流固耦合方法，网格尺寸为5 mm，欧拉域设置流出边界，靶板固定约束边界。沿径向设置6个观测点，沿轴向设置6个观测点，数值仿真计算工况列于表6.1。
表6.1 数值仿真计算工况
1.典型毁伤效应
一定炸药埋深条件下混凝土靶典型毁伤效应如图6.16所示。炸药爆炸后，在与炸药接触的混凝土中形成冲击波，混凝土介质被强烈压缩，出现空腔，形成压缩粉碎区域。随着冲击波在混凝土中不断传播，混凝土质点产生相应径向位移，产生径向压应力和切向拉应力。由于混凝土抗拉强度较低，仅约为抗压强度的10%，当介质所受拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土被拉断，形成与粉碎区域贯通的径向裂纹。沿径向裂纹，高压爆轰产物不断膨胀，导致径向裂纹不断扩展，同时爆轰产物压力下降。爆腔周围混凝土在压缩过程中累积弹性变形能，继续沿径向运动，导致爆腔内爆炸产物出现负压，弹性能释放形成径向稀疏波，产生与压应力反向的拉应力，介质质点反向运动。当拉应力大于混凝土抗拉强度时，材料断裂，形成环向裂纹。随着径向裂纹的扩展与变向，加上破坏区与片落区连接形成连续性破坏，其逐渐与自由面贯通，部分混凝土介质以一定的速度被抛掷出去，形成抛掷漏斗坑。
图6.16 混凝土靶典型毁伤效应
2.炸药埋深对毁伤效应的影响
炸药埋深对毁伤效应的影响如图6.17所示。随着炸药埋深增加，混凝土靶毁伤效应增强。炸药埋深为200 mm时，混凝土靶上表面抛掷效应显著，靶体侧面可观察到密集应力集中区，但由于应力水平较低，最终将导致靶体产生大量裂纹，产生松动。炸药埋深增加至300 mm时，混凝土靶上表面抛掷效应减弱，靶体侧面高应力区较为集中地分布于各侧面中间位置，且在应力集中区底部产生连通，最终导致靶体碎裂成较多尺寸较大的碎块。炸药埋深进一步增加至400 mm，高应力分布区进一步集中，且应力水平显著提高，上表面抛掷效应有所增强，最终靶体碎裂块数将显著减少。炸药埋深为500 mm时，基本无抛掷效应，靶体表面应力集中区域进一步减少，但沿靶体高度方向贯穿深度增加，这表明在炸药埋深较大情况下，炸药内爆效应更加显著。
图6.17 炸药埋深对毁伤效应的影响
3.炸药直径对毁伤效应的影响
炸药直径对毁伤效应的影响如图6.18所示。从图中可以看出，炸药直径为10 mm时，靶体上表面基本无抛掷现象，靶体各侧面仅产生两道裂纹，周向产生一条裂纹。炸药直径为15 mm时，抛掷效应有所增加，靶体上表面裂纹增加，各侧面两条裂纹贯穿整个靶体高度方向，最终靶体碎裂效应将有所增加。炸药直径为20 mm时，靶体上表面抛掷效应进一步增强，上表面及侧面裂纹数显著增多，下表面由于冲击波反射稀疏效应，产生环向裂纹，靶体最终在严重碎裂的同时产生底端崩落。炸药直径为25 mm时，抛掷效应最为显著，靶体上表面、侧面及底面裂纹密集，最终产生结构爆裂解体。
由图6.18可知，炸药直径对毁伤效应影响显著，随着炸药直径的增大，混凝土靶整体毁伤效应更加显著。基于数值仿真，在不同炸药直径条件下，炸药爆炸产生的抛掷坑直径、深度及靶体裂纹数量列于表6.2，可以看出，随着炸药直径的增大、装药量的增多，漏斗坑尺寸增大，裂纹增多。
图6.18 炸药直径对毁伤效应的影响
表6.2 混凝土靶毁伤数据
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