ANSYS非均质材料在过载作用下的数值模拟研究(2)
侵彻弹药的代表是钻地武器，钻地武器是一种携带钻地弹头（又称侵彻战斗部），用于攻击机场跑道，地面加固目标、地下设施等目标的兵器。钻地武器主要由载体（携载工具）和侵彻战斗部组成。由于武器携载能力有限，侵彻战斗部直径一般不超过500 mm。为了增加侵彻深度，战斗部的长径比比较大，弹体细长。侵彻弹头一般由高强度钢或重金属台金材料制成，采用破片杀伤式战斗部，使用延时近炸引信或智能引信。弹上装有控制、导引结构，以实现精确打击。载体一般为巡航导弹（包括空射、舰射、潜射和陆射）弹体、洲际弹道导弹弹体、航空炸弹弹体等，其运载功能是侵彻战斗部命中目标，并在末端达到足够的侵彻速度。
1.2 本课题研究意义
目标防护性能的不断发展和变化以及快速控制战场局部均要求弹药在高的加速度环境下具有高可靠性，即在高过载状态下弹药应具有的安全性和可靠性的问题。火工品及其组成的点火序列、传火系列和起爆序列式弹药引信的心脏，在弹药作用过程中起着至关重要的作用，因此，火工品在弹丸发射和着靶过程中产生的惯性过载能否
满足既定要求，直接关系到弹药使用的安全性、作用的可靠性。研究和了解弹丸发射过程和对各类介质进行侵彻过程中的火工品抗过载能力的发展情况，尤其是考核包含火工品自身惯性的 加载和火工品受其他组件挤压导致的结构失稳两方面的动态安全性和可靠性的研究，对高过载的弹药技术研究，提高钻地武器的破坏能力，对实现打赢现代高技术条件下局部常规战争具有重要意义。
2 火工品高过载的研究方法
2.1火工品高过载研究现状
对于侵彻弹药系统,在发射过程中受膛内压力的作用, 弹体将产生很大的加速度使得弹体及弹内各组件在2～3ms内承受10000g的短时高过载, 这种载荷环境对弹内组件的正常工作带来很大的不良影响, 甚至有的构件会发生破坏而不能进行正常工作. 因此, 使得对于抗过载技术的研究显得尤为重要。
侵彻弹药中是以雷管为核心的起爆系统，在弹药发射和着靶过程中，雷管承受着高过载（＞10000g）的动态力的作用，为了确保其正常工作，对雷管在高加速度下的结构失稳和抗过载能力的安全试验性评价必不可少。
对于弹药发射和侵彻高过载问题的研究中，目前国内外主要采用实验研究、实弹射击试验方法研究和数值模拟三种方法。
2.2高过载结构实验研究
为克服实弹射击试验成本高、风险大，不能对火工品动态提出量化战争技术指标要求，难以获得加载过程中试样的适时状态下设计周期长、设计成本高的缺点，在研究中，采用各种实验室模拟试验方法，以减少目前为保证火工品动态可靠性而进行的费用较高的靶场试验。国内外已相继采用马歇特锤击试验方法、Hopkinson杆应力波加载试验技术、落球碰撞试验方法、空气炮加载碰撞、冲击摆试验方法等来模拟冲击中的高过载环境。
2.2.1马歇特锤击试验方法
图1马歇特锤击试验装置示意图[1]
马歇特锤击试验方法一般被用来评估火工品组件在膛内受到发射冲击作用时的过载能力，其装置示意图如图1，其构件有击锤、铁砧、传感器等。击锤和锤柄通过半圆轮与重锤相连，当重锤下落时，半圆轮旋转同时带动载有火工品组件的击锤作弧形运动撞击铁砧，从而产生惯性力，以此模拟发射时火工品组件受到的过载环境。试验所需力的大小，由棘轮的齿轮数控制，过载加速度信号通过传感器和动态信号测试仪获得。
该方法需要的试验条件简单，易于操作，缺点是受冲击速度的限制，所能获得的最大加速度相对较低;仅能模拟发射时火工品的加速度峰值，反映不出过载加速度的时间历程情况，而且整个过程时间较短，大概就几十微秒，比实际发射过程作用时间短;同等条件下重复试验得到的加速度误差较大。