三层靶板耗散子弹侵彻自适应FEM-SPH耦合算法仿真

摘要

复合装甲因其显著的性能优势，在多个领域得到广泛应用。通过爆炸焊接技术，能够将铝合金与陶瓷材料牢固结合并制造反弹装甲。本研究利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对三层3mm厚材料（外侧两层为7039铝合金，中间层为氧化铝陶瓷）进行数值模拟，探讨该装甲在刚体侵彻后的动态响应。仿真采用自适应FEM-SPH耦合算法，特别适用于高速冲击工况下引起的网格破碎、飞溅等情况，具有良好的收敛性。研究的主要目的是评估爆炸焊接工艺对装甲防护性能的影响，具体目标包括：1) 探讨不同内应力条件下装甲的抗穿透能力；2) 分析子弹动能消耗和速度变化规律；3) 验证自适应FEM-SPH耦合算法在处理复杂材料模型中的有效性。仿真结果显示，随着内应力数值的增加，子弹的动能消耗显著增加，最大可达18.99%。击穿第三层靶板时子弹的速度差异为29.64%，表明内应力对子弹动能和速度有显著影响。此外，装甲的最大变形量从5.22mm减少到3.29mm，进一步证明了内应力对装甲变形的重要影响。自适应FEM-SPH耦合算法能够有效模拟氧化铝陶瓷的破坏过程，并且在考虑爆炸焊接产生的内应力后，仿真模型的精度得到了显著提高。