Моделирование процесса обратной кумуляции в LS-DYNA

Известно, что классическая кумулятивная струя наряду с максимальной пробивной способностью является высокоградиентной.
Большой градиент скорости материала вдоль струи приводит к ее разрушению на расстояниях порядка нескольких диаметров.
Другой характерной особенностью струй для зарядов с высокой облицовкой является то, что основная масса облицовки переходит в низкоскоростную часть течения - пест.

В тех случаях, когда требуется доставить компактный поражающий элемент на большие расстояния (порядка 10-30 D), применяются кумулятивные заряды с низкой облицовкой.

Режим формирования кумулятивной струи для конусной облицовки с углом при вершине более 100 градусов называется обратной кумуляцией.

В работе моделировался подобный режим для угла 120 градусов.

В этом случае образуется массивная малоградиентная струя с выходом металла облицовки в струю порядка 50%.

Скорость головных и хвостовых элементов составляет порядка 4-5 км/с и 1.5-2 км/с соответственно.

Рис. 1. Геометрическая модель

Рис. 2. Конечно-элементная модель

На рис. 1 и 2 показаны форма заряда и сетка конечных элементов.

Длина заряда 100 мм, диаметр воронки 42 мм, толщина стенки облицовки 2 мм, угол при вершине 120о.

Заряд ВВ помещен в стальную оболочку с толщиной стенки 2 мм. Материал облицовки - медь, ВВ - смесь ТГ36\64 с плотностью 1680 кг/м3 и скоростью детонации 7 750 м/с.

Заряд ВВ инициировался в крайней точке на оси заряда.

Рассчитывалась ? часть модели. Задача решалась в связанной постановке.

Течение продуктов детонации, материала облицовки и воздуха рассчитывалось на сетке ALE элементов.

Оболочка моделировалась лагранжевыми КЭ.

Размерность модели составила около 230 000 элементов.

Для описания поведения материалов облицовки и оболочки была использована упруго-вязкопластичная модель Джонсона-Кука и термодинамическое уравнение состояния Грюнайзена.

Продукты детонации и воздух описывались уравнением состояния JWL и уравнением состояния идеального газа соответственно.

На рис. 3 показано движение детонационной волны от точки инициирования к облицовке. Также на рисунке видна динамика волновой картины.

t = 3 мкс
t = 9 мкс
t = 13 мкс
t = 17 мкс
Рис. 3. Распределение давления	Рис. 4. НДС оболочки (распределение эквивалентных напряжений)

Взаимодействие продуктов детонации с оболочкой приводит к неоднородной деформации и разрушению последней (рис. 4).

 

t = 30 мкс
t = 41 мкс
t = 50 мкс
t = 61 мкс
Рис. 5. Распределение плотности	Рис. 6. Графики зависимостей модуля скорости в характерных узлах расчетной области от времени

На рис. 5 показан процесс формирования кумулятивной струи.

Из пространственного распределения плотности материала видно, что в пест уходит менее 50% материала облицовки.

На рис. 6 показаны графики скорости в трех характерных узлах эйлеровой сетки, из которых следует, что скорости головной и хвостовой частей струи равны 3.8 и 1.2 км/с соответственно.

В работе моделирование движения струи было остановлено на 61 мкс.

Из результатов расчета следует, что в данный момент струя еще не распалась на фрагменты. Длина струи составила 128 мм. Головная часть переместилась на 186 мм.

Таким образом, в работе с использованием программы LS-DYNA проведено моделирование режима обратной кумуляции для заряда с оболочкой.
В результате моделирования получены параметры кумулятивной струи для данной конфигурации