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【新闻】半正方形罩线型切割器的数值模拟研究遥控插座

发布时间:2020-10-18 15:12:45 阅读: 来源:风口厂家

线型成型装药是聚能装药的一种。线型成型装药起爆后,金属罩在爆轰产物作用下,形成高速的平面金属射流切割刀,实现对目标的切割,故又称为聚能切割器。线型聚能装药的定向切割能力在工程爆破中应用很广,例如:在野外切割钢板、钢梁;在水下切割构件,如打捞沉船时切割船体等。本文设计了一种与上述线型切割器结构不同的半正方形罩线型切割器,该线型切割器药型罩截面为半正方形。

主要利用LSDYNA软件对半正方形罩线型切割器的射流成型过程进行数值模拟,分析了其成型过程和药型罩厚度对射流成型的影响。

1半正方形罩线型切割器结构及几何模型11半正方形药型罩结构半正方形罩线性切割器结构方案简图如所示,其主要结构参数有7个,即药型罩长、宽a高b药型罩厚d装药长L宽A高B半正方形药型罩也可以看作两个楔角90楔形药型罩排列在一起而演化成的一种线型聚能装药结构。当炸药从装药顶端两棱中点起爆后,形成两个球形爆轰波。爆轰波一面在横截面方向传播,一面沿棱方向传播。在横截面方向,爆轰作用使半正方形药型罩的上顶面从两端向中间逐渐压垮,而两侧面则从上向下逐渐压跨,导致药型罩在两对角线平面上分别形成两股1片状初始射流。当两股初始射流到达药型罩中心平面时,这两股初始射流开始沿药型罩中心平面进行二次汇聚,在沿棱方向上,药型罩由中心向两端逐渐压垮。结果形成了一股片状扇形聚能切割刀。

根据线型切割器的结构简图,建立如所示的线型切割器结构几何模型和所示整体结构的几何模型。本文所采用的结构参数为:药型罩长1500宽a=500mm高b=250潘、药型罩厚d=20mm装药长L=1500mm宽A=1300mm高B=67.5mm考虑到工程上应用方便,本结构采用装药顶端两棱中心点起爆。

2数值模拟21计算模型工程上进行聚能装药的研究,均采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方式进行。对于所述的半正方形线型切割器,由于其成型机理尚不清楚,通过数值模拟方法进行研究,可以减少成本、节约设计时间。所以选用LSDYNA三维动力学仿真软件对半正方形线型切割器形成射流的过程进行数值模拟。

运用TugSd前处理软件进行网格划分,建立如所示的半正方形罩线型切割器的有限元模型。由于该结构为平面对称结构,所以有限元模型采用1/4结构划分网格,以减少模型单元数目减少计算时间。为简化计算,模型中不考虑壳体影响,仅考虑药型罩、炸药和空气,选用多物质流欧拉算法来模拟半正方形铜质药型罩射流的形成过程。网格单元选用Sl64八节点六面体单元,有限元模型包括648720个节点、624416个单元。药型罩采用MATOHNSNCDOK材料模型和GRUNEISEN状BURN材料模型、WL状态方程,空气材料采用MATNUL材料模型和HSLNEARPOLYNCMI AL犬态方程。药型罩、炸药、空气材料参数值见。使用的单位制为:mmms一kgGPa有限元模型22数值模拟结果及分析半正方形药型罩形成射流过程如所示。

从计算结果可以看出:药型罩开始压垮、初始射流形成、初始射流二次汇聚以及汇聚射流拉长,最后出现体缩断裂时的射流形态。由可知,半正方形线型切割器的药型罩在爆炸载荷作用下的形成射流过程可以分为炸药爆轰、药型罩沿两对角线平面逐渐压垮形成初始射流、初始射流沿中心平面进行二次汇聚、汇聚后的射流拉长、最后断裂等几个阶段。

由中心剖面处速度云图(a)及整体射流速度云图(b)可知,t=6S寸爆轰波到达药型罩,开始对药型罩进行压垮。tz=i4s时药型罩上顶面和两侧面沿两对角线平面方向压垮,初始射流开始形成。18 S寸两股初始射流沿中心平面进行二次汇聚,线型聚能射流开始形成。t= 24S寸汇聚射流拉长,片状扇形切割刀形成。

38对射流开始断裂。

由于线型聚能结构具有面对称特点,在装药顶端两棱中心点起爆条件下,两个球形爆轰波同时作用在药型罩上。由于爆轰波首先到达药型罩对称中心,所以在药型罩对称中心截面上首先形成初始射流,并且首先进行二次汇聚,然后逐渐向两端发展形成扇形切割刀。

通过以上分析可以知道,在本文结构参数条件下,半正方形罩线型切割器可以形成线型聚能射流,而且与普通的楔型罩和圆型罩的线型切割器形成线性射流过程不同的是,其形成射流过程存在一个初始射流二次汇聚的过程。

同时仿真结果也表明,药型罩厚度对初始射流和二次汇聚形成射流的速度影响较大,见表1所示。

表1不同壁厚药型罩形成射流的速度壁厚d/mm初始射流速度v“m.s1汇聚射流速度v(m.si从表1可以知道,形成初始射流和二次汇聚形成线型聚能射流的速度都随药型罩壁厚的加而减小。通过二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上。

同时,与普通线型切割器形成扇形片流速度(约为500m/S121相比,速度提高明显。

3结论数值模拟结果表明,半正方形罩线型切割器能够按照预期设想形成线性聚能射流切割刀。

半正方形罩线型切割器形成射流过程与普通楔型罩和圆型罩的线型切割器形成射流过程不同的是,存在一个初始射流二次汇聚的过程。经二次汇聚的射流速度提高明显,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上。而且半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器。

药型罩厚度对二次汇聚射流速度影响较大,随药型罩厚度的加,线型切割器形成射流速度降低。

由于条件所限,本文没有对装药特性、起爆方式、有无壳体等情况进行数值模拟,也没有做试验进行验证,这些都是需要在以后做进一步的研究。

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