[发明专利]一种渐变密度药柱压制装置及其设计方法

权利要求书

1.一种渐变密度药柱压制装置，包括冲头(1)、导向筒(2)、模筒(4)与底座(5)，导向筒(2)套设在模筒(4)的一端，冲头(1)可滑动的设于导向筒(2)内并能够伸入模筒(4)中，底座(5)套设于模筒(4)的另一端，底座(5)、模筒(4)与导向筒(2)形成一制药空腔，制药空腔内放置药粉，其特征在于，

冲头(1)的外径小于模筒(4)的内径，d为冲头(1)的外径，L为模筒(4)内径与冲头(1)外径差值的1/2，L与d满足以下关系：

其中，k为炸药装药在侵彻过程中受到的最小压缩载荷ρ₁和最大拉伸载荷ρ₀的比值。

2.如权利要求1所述的药柱压制装置，其特征在于，所述渐变密度药柱压制装置还包括：

垫块(6)，设于模筒(4)远离冲头(1)的一侧，垫块(6)由两个半弧板围合组成，底座(5)设于垫块(6)内。

3.如权利要求2所述的药柱压制装置，其特征在于，所述冲头(1)、导向筒(2)、模筒(4)、底座(5)及垫块(6)的中心线同轴设置。

4.如权利要求3所述的药柱压制装置，其特征在于，所述导向筒(2)、模筒(4)与垫块(6)外壁均设置水平设置定位插销(7)。

5.权利要求1-4任一权利要求所述的渐变密度药柱压制装置的设计方法，其特征在于，该设计方法包括：

步骤1，确定装药密度对装药撞击安全性的影响

对选定的炸药进行力学性能与密度关系试验，对不同密度的装药进行大落锤应力加载，得到装药应力应变曲线，根据应力应变曲线计算得到炸药弹性模量E等动态力学性能参量；

步骤2：确定渐变密度药柱设计需求

利用LS-Dyna软件，采用步骤1获取的动态力学性能参量，建立战斗部侵彻目标靶板的仿真模型，并计算炸药装药在侵彻过程中受到的最大压缩载荷和最大拉伸载荷，确定渐变密度药柱的最大理论设计密度ρ₀及最小理论设计密度ρ₁，

步骤3：确定模筒(4)与导向筒(2)配合关系

根据药粉在模筒(4)中所处的位置，基于冲头(1)与模筒(4)的尺寸配合关系，将药粉分为Q1区域与Q2区域，计算装药药粉分别在Q1区域与Q2区域的受力情况，并根据药粉密度分布与受力情况之间的规律，设计模筒(4)与导向筒(2)配合关系，并建立渐进式密度药柱压制系统；

当冲头(2)以力F对药粉施加压力时，Q1区域药粉受到F作用力产生径向膨胀变形，假设Q2区域受力保持平衡且大小不变，根据药柱泊松比ν＝0.5可得Q2区域内侧药粉受到Q1区域药粉膨胀产生的应力大小为：

其中，S₁为Q1区域药粉的受力面积，即为冲头底面面积，ε₁为Q1区域药粉的应变，E为药粉的弹性模量，d为冲头直径；

由于Q2区域为圆环分布，因此Q2区域外侧受到模筒施加的径向压缩力应与内侧受到Q2区域的压缩力相等，则Q2区域外侧的应力大小σ_2W计算过程如下：

σ_2W·S_2W＝σ_2N·S_2N

其中Q2区域药粉内侧受力面积S_2N＝πdh，外侧受力面积S_2W＝π(d+2L)h，d为冲头直径，L为模筒)内径与冲头外径差值的1/2；h为模筒高度；

药柱密度与药粉所受应力呈线性关系，即有因此有

步骤二中所得的最大理论设计密度ρ₀及最小理论设计密度ρ₁的比值为k，则若k≤0.9，则取k＝0.9，避免密度差异过大影响装药安定性，计算得到

根据战斗部壳体设计有

L+d＝D

其中，D为根据战斗部壳体设计确定的药柱直径。