论文摘要
二次破片是弹药打击装甲装备后在装备防护层后面形成高速向前飞散的无控制弹体破片和装甲破片的统称，这些数量众多的二次破片在装备防护层背后形成以穿甲出口为顶点的锥体二次破片云，对装备内部的人员和设备进行二次毁伤。研究二次破片产生机理及其后效作用对装甲装备防护和动能穿甲弹的结构优化设计具有重要意义。二次破片产生及其后效作用可分为三个阶段：动能弹穿甲过程，二次破片动态生成过程以及二次破片对装甲背面设备和人员的毁伤过程。目前，虽然有很多数值计算软件已经能够很好地计算仿真动能弹穿甲过程，但是尚未有软件可以针对二次破片产生及其后效作用的全部过程进行计算仿真。为了解决这一问题，本文以现有的三维非线性高速冲击有限元计算软件为平台，针对延性材料动态分裂形成的二次破片，提出了二次破片生成及其后效作用的数值计算方法。该方法首先跟踪动能弹穿甲过程中弹、靶单元的状态量，一旦有单元满足失效条件，在一个离散时间步内，根据破片形成理论得到二次破片的尺寸，通过对比等效体积决定失效单元分裂或合并，形成离散的二次破片，并以动态增减的方式实时更新计算单元的拓扑关系，随后，破片单元将继承母单元的状态量继续参与有限元计算，采用主从面搜索算法更新破片单元的接触界面，采用罚函数法计算破片单元与连续体单元之间的接触力，并判断破片单元是否再次失效。实例算例表明，所提出的算法可以模拟二次破片的动态产生过程，以及二次破片对装甲背后设备和人员造成的毁伤，为二次破片有限元软件功能模块的开发提供算法基础。