Page 13 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 王 帅，等： 锯齿外形对弹体带攻角侵彻横向过载的影响 第 5 期

2.3 不同锯齿区的受力规律
为进一步研究弹身锯齿区与靶体的相互作用机制，以 1°初始攻角工况为例，从弹靶接触宏观形貌及
弹身上下侧锯齿面、左右锯齿区及从弹头到弹尾的每个锯齿区三种不同视角进行深入分析。

首先，直观展示了在有限元模型 1/2 对称面
y
上不同时刻光滑弹和锯齿弹的弹靶接触宏观形 z x Contact area between projectile and target
貌，如图 11 所示。由图可知，在弹体头部，无论
是光滑弹还是锯齿弹，其上下表面均与靶体充分 1.5 ms
接 触 。 对 弹 身 区 域 ， 在 侵 彻 初 期 （ 如 图 1 1 中
1.5 ms 时），弹身尚未全部埋入靶体时，由于初始
攻角的影响，两种弹型与靶接触面主要分布在弹 2.5 ms
身上表面；随着弹身全部埋入靶后（如图 11 中
2.5、4.0 ms 时），光滑弹上下两侧弹身均与靶体
接触，但锯齿弹弹身与靶的接触面主要分布在弹 4.0 ms
身上表面及下表面最左端锯齿上，且主要集中在
右锯齿。总体而言，锯齿区显著减小了锯齿弹与 Smooth Serrated
靶的接触面积，同时改变了弹身上下表面与靶的 图 11 光滑弹与锯齿弹的弹靶接触形貌对比（1°攻角时）
接触方式。 Fig. 11 Comparison of contact morphologies of projectile and
target between smooth and serrated projectiles
当初始攻角为 1°时，两种弹型弹身上下两
when attack angle is 1°
侧锯齿面（Part A、Part B）及其左右锯齿（Part AL、
Part AR、Part BL、Part BR）的接触力随时间的变化历程，如图 12 所示。由图 12（a）～（b）可知，对光滑弹，
其上下锯齿面的轴向及横向接触力幅值及波形相似，轴向接触力方向相同，横向接触力方向相反，且下
锯齿面接触力开始上升及到达峰值时间迟于上锯齿面约 0.9 ms。然而，对锯齿弹，接触力主要分布在上
锯齿面，其中轴向接触力的峰值高于光滑弹，但持续时间较短，而横向接触力峰值绝对值明显小于光滑
弹，但持续时间相当。锯齿弹的下锯齿面横向接触力峰值小于上锯齿面，这意味着锯齿弹侵彻过程中弹
身下表面几乎不能抑制整个弹体的横向运动，因而锯齿弹相比光滑弹具有更大的横向运动速度（如图 8（b）
所示）。进一步分析锯齿弹左、右锯齿的接触力，如图 12（c）～（d）所示。可见，锯齿弹轴向接触力主要由
上锯齿面的右锯齿承受，其最大接触力峰值为 38.1 kN；而上锯齿面的左锯齿以及下锯齿面的左、右锯齿
的相应最大接触力峰值仅分别为 11.5、5.9、4.9 kN。类似地，横向接触力主要由上锯齿面的右锯齿承受，
其最大接触力峰值为 81.6 kN；上锯齿面的左锯齿以及下锯齿面的左、右锯齿的相应最大接触力峰值仅
为 20.2、7.0、7.5 kN。可见，锯齿弹仅上锯齿面右锯齿的轴向与横向接触力幅值最突出，其余锯齿接触力
明显偏小。

50 200
θ=1°
40 Smooth, Part A 150
Smooth, Part B 100
Serrated, Part A
30
Serrated, Part B 50
F s /kN 20 F t /kN −50 0
10 θ=1°
−100 Smooth, Part A
0 −150 Smooth, Part B
−10 −200 Serrated, Part A
Serrated, Part B
−250
0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14
Time/ms Time/ms
(a) Axial contact force for Part A and Part B (b) Transverse contact force for Part A and Part B

θ
051001-10 −10
−20
−30
−40
−50 θ
−60
−70
−80
−90