不讲武德？坦克VS反坦克雷，LS-Dyna仿真一场公开审判

导读：云上CAE，是一名仿真秀平jun工领域的优质内容创作者。在仿真秀平台分享了多套Autodyn和LS-Dyna精品课，包括软件操作，理论讲解和行业应用实操，深受用户好评。本文来自云上CAE撰稿，算例仿真模型、材料模型及部分参数选皆由他科研经验得出，毫无工程依据，仅供参考，切勿作为项目用途。下是正文：

一、写在前面

自古以来自然界一直秉承相生相克，作为混元形意太极门创始人的马保国老师，即使闪电鞭再快，遇到不讲武德的年轻人，也只能大意了，没有闪。陆战之王的坦克同样如此，所谓木秀于林，风必摧之，坦克同样也是树敌最多的陆战武器，甚至有的坦克制造厂依然研发反坦克武器，反坦克成了各国陆军的重要技能。

对于坦克和反坦克雷这对相生相克的欢喜冤家，一旦遇到，便是一场巅峰对决，那么谁才是这场战役的赢家，是久负盛名的陆战之王？抑或是神龙见首不见尾的反坦克雷？今天笔者借助三维仿真软件LS-Dyna来一场公平的审判吧。

二、陆战之王-坦克

首先，让我们认识一下坦克，现代陆上作战的主要武器，具有直射火力、越野能力和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆，是陆地武器中其重要性唯一高于轮式装甲车的存在，主要执行与对方坦克或其他装甲车辆作战，也可以压制、消灭反坦克武器、摧毁工事、歼灭敌方陆上力量，可以说是当之无愧的陆战之王。通常坦克一般装备数挺防空(高射)或同轴(并列)机枪和一门中或大口径火炮(有些现代坦克的火炮甚至可以发射反坦克/防空导弹)，是凭以火力进行作战的经典体现。坦克大多使用旋转式炮塔，但亦少数使用固定式主炮。坦克主要由武器系统、瞄准系统、动力系统、通信系统、装甲式车体等系统组成。

图1 某型号坦克（来源网络）

虽然坦克在发展，但坦克自身的发展速度实在是追不上反坦克武器的发展速度，而且坦克会陷入防护性和越野能力不能兼得的二悖论难题中。但是，自然界事物的发展本身就是相生相克，曲折前进。坦克只有研发出新型轻质量防护材料来改良装甲，才能在未来变幻莫测的战场获得生存空间。

二、反坦克地雷

说完坦克，不得不提到作为陆战之王的头号敌人——反坦克地雷。地雷在最近的几次战争中扮演了非常重要的角色,对地面目标造成了巨大的毁伤。经统计，在最近的几次战争中，大约有26000辆车毁伤于地雷。比如：

上述数据显示了地雷在现代战争中扮演了重要的地位。由此可见,地雷已经成为反地面目标车辆、坦克、人员的一种必不可少的弹药。

下面简单介绍几种笔者调研到的国内外反坦克雷的参数：

1、南斯拉夫生产的TMRP-6反坦克雷该雷利用自锻式破片装药，药型罩材料为钢质，采用触杆式兼压发式点火系统，两系统均可采用UTMRP-6引信。

图2 TMRP-6反坦克地雷

2、德军S-Mine-35型地雷

Mine于1935年投产，是第三帝国防御战略的关键部分。直到1945年停止生产时，德国一共生产了193多万枚S型跳雷。这些地雷对同盟国士兵造成了严重的人员伤亡。不夸张的来说，由于德军优秀的布雷技术，从而在整个战争期间减缓了同盟国进攻德国本土的速度。其设计最可怕的在于它的主装药有大约360颗钢珠，短铁棒，或者碎金属块,杀伤范围极大。

图3 德军S-Mine型地雷

3、我军GLD220型反坦克地雷

二十世纪八十年代研制定型的用于装填GBL212型火箭布雷弹布设反坦克地雷场，击穿坦克车底、杀伤乘员、破坏内部设备，以阻止或迟滞其机动。

图4 我军GLD220型反坦克地雷

4、我军GLD260型反坦克两用雷：主要用于人工布设反坦克地雷场，可炸断中型坦克履带或炸穿车底，以阻止或迟滞其机动。采用全保险型磁－震动复合电子引信，可靠性较高。

图4 GLD260型反坦克两用雷

以上介绍的只是笔者搜集来的部分资料，可供大家参考。目前沿用反坦克雷装药主要分为两种，一种是聚能装药，一种是爆炸成型弹丸（简称EFP）。目前主流多采用非触发式引信，如磁、震动-磁、声-磁等。对于聚能装药，利用炸药高速爆轰压垮药型罩形成金属射流和杵体，由于本身的特点，存在最适炸高，炸高直接影响了破甲的性能。对于采用大锥角装药、球缺形药型罩及双曲线型药型罩，在爆轰波作用下罩被压垮、翻转、闭合形成高速体，形成爆炸成型弹丸（EFP）,也称为自锻破片，这是目前被世界众多国家所认可的新型反坦克战斗部技术。

表1 成型装药三种侵彻参数

三、采用LS-Dyna联合Hypermesh仿真

对于大名鼎鼎的非线性显式动力学软件LS-Dyna，这里不作介绍，想必关注仿真圈的朋友应该都知道。下面请出A、B两位选手：

笔者根据上文所述，对装甲坦克和反坦克雷装药进行了简化，模拟了地面装甲坦克，在触发反坦克雷引信后的情况，采用LS-Dyna联合Hypermesh进行仿真建模，具体流程如下：

图 5 某型号坦克三维模型

显然，作为CAE数值模拟，这样的几何模型特征太多，是无法拿来直接划分网格做离散化分析的，必须进行简化，简化并划分网格如下：

图 6 Hypermesh简化并划分网格

本次难度在于几何特征的简化，倒角，小孔及细节的去除，需要十分有耐心才可以，到此网格前处理的工作就算基本完成了，接下来就是导入LS-prepost进行关键字定义材料属性、设置失效、无反射边界、定义控制卡片（本文章不展示具体操作，如有需要，可以联系笔者）具体如下图：

图 7 LS-prepost定义关键字、加载边界条件等

对于反坦克雷，采用裸装药，采用*
INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEMOETRY关键字，对模型采用空气、沙土和tnt填充，装药埋于沙子下面，可模拟tnt爆炸后沙土隆起。后期可考虑加入预制破片或者采用成型装药，本次算例仅供娱乐参考，切勿当真。至此，算列操作已经基本完成，下图为算列的全模型，隐去空气域，至此可提交求解器进行仿真计算了。

图 8 坦克装药全模型

图 9 tnt起爆后沙土隆起

图10 坦克底部装甲冲击波压力云图

从云图上可以看出，爆轰波超压呈球形传播，在球心处超压值最大，可见中心处装甲材料有被侵蚀，但此种破坏程度对坦克并未造成太大伤害，接下来需要提取底部装甲板上部元素的超压，以此来参考对坦克装甲内部人员的损伤，从论文中查阅的得出：正压作用时间是0.3ms时，肺的临界创伤状态的超压值为900Kpa.致命率的创伤状态超压值为1%，超压值为2500Kpa；致命的率创伤状态为10%，超压值为2900Kpa；致命的率创伤状态为50%，超压值为36000Kpa。

图 11 坦克舱内某处超压值/Mbar

从上可以得出如果坦克内部不加缓冲吸能情况下，舱内超压峰值为2x Kpa，显然大于上文值。得出结论:在不加内部防护的情况下，反坦克雷装药爆炸后对舱内人员有致死的风险。PS:本算例未考虑坦克内部吸能缓冲材料，实际中舱内超压应该会小很多。接下来提取坦克在爆轰作用下，对载荷的响应位移，过大的位移损害车内电器通讯及驾驶设备的可靠性，因为时间关系，本算例并没有完全计算下去，具体如下：

图 11 坦克在爆轰载荷下的垂直位移

计算并未完全，但考虑简化坦克模型后，没有额外引入配重，实际坦克重量应该大于本算例所模拟的，且位移应该会稳定在毫米量级，因此，得出一个不太严谨的结论：爆轰对坦克的载荷作用不会使得坦克产生较大位移，对车内电器稳定性影响不大。基于以上评判，裁判权衡许久，认为：虽然反坦克雷选手对坦克选手的结构并未造成太大伤害，但在本模型算例下，坦克舱内的冲击破超压，超出人体安全范围内，对人体有生命威胁，由此判定反坦克雷选手获胜。

注意：以上算例仿真模型、材料模型及部分参数选皆有本人科研经验得出，毫无工程依据，仅供参考，切勿作为项目用途。感兴趣的朋友可以在仿真秀官网同名文章文章的附件击文下载坦克cad模型和网格cae模型（k文件需联系仿真小助手）。

作者：云上CAE 仿真秀专栏作者

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