Page 109 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 郝礼楷，等： JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究 第 2 期

炸药，装药直径为 120 mm，使用船尾形结构。药 JH-2 JH-2
explosive explosive
型罩由紫铜制成，采用变壁厚弧锥结构，弧锥结
r 1
合部分为光滑连接。药型罩由 2 部分组成，顶部 r 2
为顶部薄、底部厚的变壁厚球缺形，内曲率半径
r 小于外曲率半径 r ，用于形成高密实、细长的
1
2
θ 2
JPC 头部；口部为大锥角形，内锥角 θ 小于外锥 Liner Liner
1
θ 1
角 θ ，用于形成较好形态的 JPC 尾部。试验所
2
用 JPC 聚能装药为无壳体装药。 图 1 JPC 聚能装药结构
Fig. 1 Schematic diagram of the JPC
1.2 成型模拟
JPC 稳定成型是聚能装药设计的基础，首先采用数值模拟技术，对结构设计的有效性进行验证，分
析 JPC 成型形态及特征参数，以此为参考依据确定试验炸高。
1.2.1 数值模型
数值模型由空气、炸药和药型罩 3 个部分构成，采用多物质任意拉格朗日-欧拉耦合算法 (arbitrary
Lagrange-Euler, ALE)。考虑到模型对称性以及减小计算量，建立轴对称分析模型。模型对称面上设置对
称约束，在空气域外围的边界上施加透射边界条件。起爆点位于主装药的上端面中心处，计算采用 cm-
g-µs 单位制。
空气采用 MAT_NULL 模型和 EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 状态方程描述；炸药采用 MAT_
HIGH_EXPLOSIVE_BURN 模型和 EOS_JWL 状态方程描述；药型罩采用 MAT_JOHNSON-COOK 模型
和 EOS_GRUNEISEN 状态方程描述。材料参数取值见表 1～3。

表 1 空气材料参数 [9] 表 2 JH-2 炸药材料参数 [10]
Table 1 Material parameters of air [9] Table 2 Material parameters of JH-2 explosive [10]
−3
−3
ρ/（g·cm ） C 4 C 5 E 0 /MPa V ρ/（g·cm ） A/GPa B/GPa R 1 R 2 ω E 0 /GPa
1.225×10 −3 0.4 0.4 0.25 1 1.7 630 6.801 4.1 1.3 0.36 10

表 3 紫铜材料参数 [11]
Table 3 Material parameters of red copper [11]
−3
ρ/（g·cm ） A/GPa B/GPa n c m T m /K T r /K
8.96 0.09 0.292 0.31 0.025 1.09 1 356 293

1.2.2 成型分析
图 2 显示的是 JPC 成型过程，药型罩顶部中
心首先加速，而后罩边缘加速，药型罩向后翻转，
变壁厚球缺型的药型罩顶部形成较为细长的头
部。由于速度梯度的存在，罩体不断变形，产生
轴向拉长和径向收缩。最终形成头部形状良好 图 2 JPC 成型过程 (t=0, 15, 18, 24, 31, 62, 131 µs)
且带有尾翼的大长径比 JPC，具有良好的形态密 Fig. 2 Forming process of the JPC
(t=0, 15, 18, 24, 31, 62, 131 µs)
实度和飞行稳定性。
如图 3 所示，在比较大的炸高范围内均能获得稳定和连续的 JPC。JPC 形态细长且密实度高，整体
直径较大，未出现速度过低、质量过大的杵体段。图 4 给出了 JPC 成型特征参数，其中 H 为炸高、v 为头
部速度、Δv 为头尾速度差，L 为 JPC 长度，D 为头部直径，L/D 为长径比。分析表明，JPC 头部速度和头尾
速度差随炸高增加逐渐减小，减小趋势逐渐下降并趋于稳定；JPC 长度和长径比随炸高增加逐渐增大，近

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