高速破片撞击充不同介质液体容器的数值计算及试验研究

马丽英， 李向东， 周兰伟， 张高峰

(南京理工大学 智能弹药技术国防重点实验室，南京 210094)

国外早在20世纪70年代就开始了水锤效应的研究，美国海军研究生院建立了水锤效应工程计算模型，但是所建立模型的计算结果与试验值相差较大[5-8]。Disimile等[9]通过试验分析了水锤效应各阶段的压力变化及作用方式，并验证了由Mcmillen等[10]提出的冲击波波阵面上峰值压力的衰减方程。Kim等[11]对铝合金箱体中形成的液压水锤现象进行了试验研究，得到液压水锤效应对面板变形的影响。随着结合Lagrange和Euler理想方程特性的耦合算法的开发，Varas等[12-14]使用ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)和SPH两种方法对水锤效应进行数值模拟，发现两种方法都能很好地模拟这一过程，但ALE能更好地模拟流体压力且节省计算时间。Kwon[15-16]采用ALE方法模拟水锤效应作用过程，并研究了液体密度对水锤效应的影响，但其不能真正地模拟液体介质对水锤效应的影响。国内对水锤效应的研究起步较晚，主要以李亚智等[17-18]为主基于数值计算方法对水锤效应进行研究。以上研究均以水介质为媒介对水锤效应进行研究，未考虑燃油介质对水锤效应的影响。

本文主要研究水、柴油和煤油三种介质对高速破片撞击密闭容器形成液压水锤效应的影响，为战场目标(如油箱)、民用设施(油罐车、输油管道等)的设计与防护提供参考，具有重要的工程意义。

1 高速破片撞击充液容器的数值计算及试验

1.1 有限元模型的建立

为了研究破片撞击后充液容器形成的液压水锤效应，对充液容器建立如图1所示有限元模型。……