Page 133 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 钱秉文，等： 超高速撞击条件下混凝土靶体内 应力波的测量和分析 第 5 期

实验弹体为圆柱形 93W 钨合金弹，如图 2(a) Laser velocity measurement
Flashlight
所示。弹体直径为 3.5 mm，长度为 10.5 mm，密
度为 17 g/cm ，质量为 1.72 g，屈服强度为 731 MPa， Gun Target
3
抗拉强度为 878 MPa，断裂伸长率为 8%，断裂韧 muzzle
性参数为 130 MPa·m 。
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Projectile Separation Projectile
参考文献 [18-19]，设计了混凝土靶（水泥砂 +sabot
浆靶），如图 2(b) 所示。其组成材料为：425 型号
的普通硅酸盐水泥、细砂（粒径不超过 0.8 mm， High-speed camera
经过多次筛分处理）和自来水，水泥、细砂和水
图 1 超高速撞击实验的设置
的混合比例为 1∶2.6∶0.5。经过 28 d 的标准养护
Fig. 1 Set-up for hypervelocity impact experiments
后，混凝土靶的平均单轴抗压强度为 42.7 MPa。

(a) Cylindrical tungsten alloy projectiles (b) Concrete targets

图 2 93W 钨合金柱形弹和混凝土靶
Fig. 2 93W tungsten alloy cylindrical projectiles and concrete targets

超高速撞击条件下，混凝土靶中的应力波
峰值一般为兆帕到百兆帕量级，上升沿一般为十 Sensitive surface
微秒量级，通常采用锰铜压阻应力计、碳压阻应
力计或 PVDF 压电应力计进行测量。在吉帕以
图 3 PVDF 压电应力计
下的应力区，锰铜压阻应力计的信噪比不足，且
Fig. 3 PVDF piezoelectric stress sensor
易受到传感器弯折等因素影响；目前国内缺乏成

熟的碳压阻应力计产品；PVDF 压电应力计的测
Projectile
试灵敏度高，响应速度快，能够满足混凝土靶中
应力波峰值的测试需求，且国内有成熟的产品。 Target
70 mm
因此，实验选用 PVDF 压电应力计进行应力波测 Pressure sensor P1
量 。 定 制 的 PVDF 压 电 应 力 计 长 150 mm， 宽
30 mm Pressure sensor P2
10 mm，厚 0.4 mm，敏感面尺寸为 5 mm×5 mm，如
30 mm
图 3 所示。
将 3 个 PVDF 压电应力计嵌入靶体（图 4）， 70 mm Pressure sensor P3
并确保撞击点、3 个 PVDF 压电应力计（P1～P3）
的感应面与弹道轴线严格对齐，位置偏差控制 Ø300 mm
在 1 mm 以内。为了避免应力集中，在靶体的黏
图 4 靶体中 PVDF 压电应力计的埋设示意图
接面周围布置与应力计等厚度的垫片，并用环氧
Fig. 4 Schematic diagram of PVDF piezoelectric pressure sensors
树脂将其与 PVDF 压电应力计一同封装在靶体
embedded in target
内。为了增强应力计在极端环境下的耐久性，在
每个应力计的 2 面覆盖一层 0.2 mm 厚的聚氨酯薄膜作为保护层。PVDF 压电应力计的埋设实物图如图 5
所示。

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