一份EFP弹丸爆炸成型及穿靶起爆动力学仿真分析报告
导读：《6 年心血凝聚！我的《爆炸与冲击数值模拟技术》图书上市了》引发了读者对LSDYNA爆炸与冲击仿真技术的高度关注。本文是一份EFP弹丸爆炸成型及穿靶起爆仿真分析报告，来自仿真秀平台专栏作者匿名技术投稿，撰稿过程难免有个别疏忽或不当，欢迎专家学者批评指正。
EFP弹丸爆炸成型及穿靶起爆仿真分析通过精确模拟其成形过程、飞行特性与穿靶效应，可显著缩短研发周期、降低试验成本，并优化弹道性能、材料利用率及安全性。其在国防领域助力设计高效穿甲弹头、适应多样化战场目标，同时在工业爆破中提升工艺稳定性；科学研究层面深化对冲击波与材料相互作用的认知，并推动人工智能驱动的智能化设计。该技术还兼顾环保合规与人道主义评估，为国际安全规范提供依据，是连接理论创新与工程应用的桥梁，随着多物理场耦合技术的发展，其应用将向更复杂场景扩展。
一、仿真分析的总体方案
根据要求，仿真分析的内容包括EFP弹丸爆炸成型过程和侵蚀含能B炸药靶板过程2个工况，首先确定总体技术方案，总体技术方案及主要CAE步骤包括如下内容：1、二维EFP弹丸（包括炸药、铜efp、钢壳体、空气）的几何模型建立与预处理；2、三维靶板（包括钢外壳、B点火增长炸药、塑料内衬）的几何模型建立与预处理，修改靶板的初始位置，保证EFP弹丸与靶板碰撞的时机；3、炸药、B炸药、铜及钢等材料参数的获取、多次仿真测试及调整；4、网格划分：建立二维EFP弹丸爆炸成型计算网格模型，包括网格单元尺寸的选择、单元类型的选择等；5、建立三维靶板及EFP弹丸的仿真计算网格模型，包括靶板网格、空气域、EFP铜弹丸映射网格；6、网格测试：根据单元质量标准对完成的EFP弹丸及侵彻靶板计算网格模型进行网格质量检查，并根据网格质量检查结果对网格模型进行优化，提高网格模型质量，使之满足计算的要求；8、边界条件的确定、验证及施加方法：对边界条件进行确定与验证，保证能够真实反映EFP弹丸及侵彻靶板的工作状态；9、施加边界条件与提交计算：将经过验证的边界条件施加到动力学仿真分析模型上，完成求解器的参数设置并提交计算；10、二维EFP初步测试求解，看EFP成型性能、形状及速度等是否满足；11、对EFP弹丸二维仿真进一步优化参数进行精细求解；12、三维EFP弹丸侵彻靶板初步计算测试，看成坑形状及B炸药起爆情况是否满足要求。14、结果后处理：对计算完成得到的结果进行处理工作，输出计算结果云图、曲线、数据等；15、编写计算报告：根据最终设计模型所得到的仿真计算结果编写计算报告， 整理计算程序、文件等资料。二、EFP弹丸爆炸成型及侵彻靶板的前处理
1、两种仿真分析工况概述
根据设计要求，需要对EFP弹丸及侵彻靶板进行2种工况的动力学分析：1）二维EFP爆炸成型弹丸成型分析：Workbench下仿真分析流程图如下图所示，采用Explicit STR对模型进行设置，AUTODYN为求解器。2）三维EFP弹丸侵彻靶板在Explicit STR中完成模型建立，EFP弹丸映射在AUTODYN中完成。分别建立0°、45°、60°三个分析流程，流程如下：
2、WB界面EFP弹丸及靶板几何模型建立
1）二维EFP爆炸成型弹丸及靶板的几何模型在DM及autodyn中进行建立。其中炸药、EFP铜板、钢外壳在WB的DM中建立，空气域在autodyn中建立，模型如下图所示：
2）三维EFP侵彻靶板的模型在wb的dm中建立，EFP弹丸通过体积映射来自二维EFP分析的fil映射文件。其中靶板模型如下：三维EFP侵彻靶板的靶板模型
三维EFP弹丸及靶板模型如下图，空气域在autodyn中建立，efp弹丸通过体积映射放入空气euler域中。
三维EFP侵彻靶板的EFP弹丸及靶板模型
3、材料模型
EFP弹丸及靶板需要的材料分别为炸药、钢、铜、COMPB、poly、air等，均采用材料库模型，其中炸药参数进行了适度调试，以满足efp弹丸速度要求。
塑料材料参数
4、连接关系
二维EFP爆炸成型弹丸中，空气、铜及炸药之间采用共节点共part方式建立；
三维EFP弹丸与靶板之间为流固耦合作用方式，经过很多工程验证，该方法精度高，满足分析需要，被工程爆炸及侵彻广泛采用。三维EFP侵彻靶板作用方式
5、有限元网格划分及共节点处理
二维EFP爆炸成型弹丸采用四边形网格，三维EFP侵彻靶板网格采用六面体网格，划分的网格如下图所示：二维EFP爆炸成型弹丸网格
6、Autodyn界面euler part建立及efp映射
单位制采用cmgus，由于点火增长模型要求必须使用cmgus单位制，因此进入autodyn后，需要对模型进行缩小10倍，同时材料参数需要调整为cmgus单位制对应的参数。然后初始条件需要刷新。二维EFP爆炸成型分析中，新建空气材料、初始条件及流出边界条件；新建空气part，然后将炸药、铜通过part fill填充进空气part中，外壳采用lagrange算法，进行流固耦合分析。共2个part，如下图所示：三维EFP侵彻靶板分析中，新建空气材料、初始条件及流出边界条件；新建空气part，然后将二维分析获得的EFP弹丸通过体积映射填充进空气part中，靶板的外壳、B炸药及塑料均采用lagrange算法，进行流固耦合分析。共4个part，如下图所示：
7、分析设置
二维EFP计算时间设置为200微秒。三维EFP侵彻靶板计算时间设置为100微秒。二维EFP计算时间
三、二维EFP弹丸爆炸成型过程结果分析
不同时刻efp弹丸爆炸成型速度及成型情况如下，200us时刻efp弹丸速度达到2749m/s。
四、三维EFP及侵彻靶板结果分析
通过计算，得到EFP弹丸0度、45度及60度侵彻靶板的过程。1、0度角侵彻
0度侵彻靶板时，EFP弹丸侵彻靶板的效果如下图所示。分别提取了射流整体速度变化曲线、射流头部探测点速度变化、靶板开口云图及塑性应变云图、B炸药起爆曲线、pressure压力云图及整体开口云图等数据。经过计算可见，0度正侵彻时，靶板开口形态良好，符合实际情况，B炸药也在27us附近冲击起爆。
0度B炸药冲击起爆压力曲线 0度B炸药起爆压力云图2、45度角侵彻
45度侵彻靶板时，EFP弹丸侵彻靶板的效果如下图所示。分别提取了射流整体速度变化曲线、射流头部探测点速度变化、靶板开口云图及塑性应变云图、B炸药起爆曲线、pressure压力云图及整体开口云图等数据。经过计算可见，45度斜侵彻时，靶板开口形态良好，符合实际情况，B炸药也在48us附近冲击起爆。
45度整体开槽塑性应变云图
3、60度角侵彻
60度侵彻靶板时，EFP弹丸侵彻靶板的效果如下图所示。分别提取了射流整体速度变化曲线、射流头部探测点速度变化、靶板开口云图及塑性应变云图、B炸药起爆曲线、pressure压力云图及整体开口云图等数据。经过计算可见，60度斜侵彻时，靶板开口形态良好，符合实际情况，B炸药也在60us附近冲击起爆。
60度整体开槽塑性应变云图
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