Page 123 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 张雪梅，等： 3种典型聚能装药对水中双层间隔靶的侵彻特性研究 第 1 期

3 数值模拟

3.1 模型的建立
基于实验用弹靶结构，采用 LS-DYNA 有限元软件建立了聚能射流成型及侵彻水中双层间隔靶的二
维有限元模型，如图 14 所示。聚能装药布置在空气中，双层靶板布置在水中。聚能装药到靶板的距离
由空气炸高 F 和水介质长度 H 组成，空气炸高为聚能装药底面到靶板（或者水面）之间的空气长度，水介
质长度为靶板前端水介质的长度。对空气、炸药、药型罩和水采用 ALE 算法，对靶板采用 Lagrange
算法。对 Euler 单元和 Lagrange 单元采用流固耦合算法进行耦合，在空气和水介质的计算域边界添加非
反射边界条件，防止冲击波在边界处形成压力反射现象。模型网格尺寸为 0.1 cm。

Shaped charge Liner Air Water Front target board Rear target board

Point 1 Point 2 Point 3 Point 4

10 cm 10 cm
Velocity measurement point
F H
图 14 数值计算模型
Fig. 14 Numerical calculation model
空气炸高 F 选择 35 cm，水介质长度 H 选择 0～100 cm，每个工况的水介质长度增幅为 10 cm。靶板
由前靶板和后靶板组成，前靶板和后靶板间距为 25 cm，前靶板厚度为 2 cm，后靶板厚度为 1 cm，靶板宽
度为 20 cm。研究不同的侵彻体水下速度变化规律时，空气中测点的间距为 10 cm，水中的测点间距为
10 cm，并选择空气中成型入水前 2.3 cm 处测点 1，入水后着靶前 5 cm 处测点 2，水中穿靶后 5 cm 处测点 3
的速度进行实验验证。
3.2 材料参数 表 3 炸药材料参数 [18]
炸药采用 HIGH_EXPLOSIVE_BURN 材料 Table 3 Material parameters of JH-2 explosive [18]
模型和 JWL 状态方程描述，其材料参数如表 3 [18] 材料 ρ/(g·cm ) A/GPa B/GPa R 1 R 2 ω E 0 /GPa
−3
ρ 为炸药密度，A、B、R 、R 和 2 ω 为
所示。其中， 1 JH-2 1.7 56.4 6.801 4.1 1.3 0.36 10
常数，E 为炸药的体积内能。
0
空气和水均采用 Null 空材料模型及 Grüneisen 表 4 空气、水材料参数 [19]
状态方程描述，其材料参数如表 4 [19] 所示，表中 ρ Table 4 Air and water material parameters [19]
为密度，c 为 u -u 曲线的截距，S 、S 、S 为 3 u - 材料 ρ/(kg·m ) c/(m·s ) S 1 S 2 S 3 ω V 0
p
−3
1
−1
2
s
s
u 曲线斜率的系数。
p
空气 1.25 344 1.4 0
紫铜和 45 钢均采用 Johnson-Cook 模型和
水 1.02×10 3 1 647 2.56 1.986 1.23 0.5 1
Grüneisen 状态方程 [20] 描述，材料参数如表 5 [21-22]
所示，表中 A、B、C、n 及 m 为常数，T 为参考温度，T 为熔点。
m
r

表 5 金属材料参数 [21-22]
Table 5 Metal material parameters [21-22]
材料 ρ/(g·cm ) A/MPa B/MPa n C m T m /K T r /K
−3
紫铜 8.96 90 292 0.31 0.025 1.09 1 356 293
7.80 507 320 0.28 0.064 1.06 1 795 300
45钢 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5
0.1 0.76 1.57 0.005 0.84
011108-9