超高速碰撞相似律的数值模拟验证*

2011-06-21沈雁鸣陈坚强

爆炸与冲击 2011年4期

关键词：模型

沈雁鸣，陈坚强

（中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳 621000）

在实验研究中，通常使用轻气炮、电磁炮或者爆炸加速器等加速器设备［1］，使金属弹体获得超高速度。这些设备体积庞大、费用昂贵、辅助设备繁杂、设计建设要求高，而且往往具有一定的速度极限，因此在很多时候无法满足实验要求。同时，金属弹体所用材料屈服极限高、流动性较差，实验中不好观测变形过程。而非金属材料如橡皮泥、石蜡等屈服极限低、流动性好、便于观察变形情况，并且成本低廉，容易压制成形，又可反复回收利用，是较为理想的进行超高速碰撞的模拟材料。

关于非金属材料对金属弹靶超高速碰撞的相似模拟，W.Johnson等［2］、J.Carrel等［3］对此进行过论证，马晓青［4-5］曾经对橡皮泥平头长杆弹撞击厚靶板的实验进行了研究，以模拟钢质长杆弹对厚靶板的撞击，取得了令人满意的结果。谈庆明［6-7］也曾对冲击相似律问题进行了详细分析和讨论。根据冲击相似律理论，可以把橡皮泥、石蜡等材料制成与金属弹体相同的弹体形状，以一定的速度进行碰撞实验，用以模拟相对应的金属超高速碰撞问题。

本文中，对超高速碰撞相似律进行详细理论推导及分析，得到量纲一化的相似律函数，然后根据相似律函数选择两种相似模型，利用改进的光滑粒子动力学方法对不同类型的超高速碰撞进行数值模拟。