Page 138 - 《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

由图 15～16 可知，在撞击的初始时刻，弹靶
界面处的应力幅值很高，达到 35 GPa 以上，脉宽
仅为 0.8 μs。由于混凝土靶属于多孔材料，所以

高幅值、短脉宽的冲击波衰减很快，10 mm 处的 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3
传 感 器 便 无 法 探 测 到 初 始 的 强 冲 击 波 信 号 。
图 15（传感器距靶体表面小于 40 mm）中，应力波
形只有 1 个波峰；图 16（传感器距靶体表面大于
40 mm）中，应力波形有 2 个波峰。图 17 为不同
时刻靶体内的应力波云图，可以直观地观察到应 图 14 数值模拟时传感器的布置
力波由孤立波扩展到双波的过程。30 μs 以前， Fig. 14 Sensor arrangement in numerical simulation
靶体中的应力波是孤立波，它主要由近似的稳态侵彻阶段产生的应力波向外传播衰减形成；35 μs 之后，
应力波波阵面与弹靶界面之间的距离逐渐展宽，存在 2 个深色区域，分别位于应力波波阵面和弹靶界面
附近，这也对应着传感器测得的双峰结构。邓国强等 [21] 在钢质弹丸超高速侵彻岩石靶的数值模拟研究
中，同样观察到了双峰现象，说明当重金属弹体以超高速撞击地质材料靶时，应力波的双峰特征是一种
普遍现象。

25 2.0
0 mm 40 mm
20 10 mm 1.5 50 mm
60 mm
20 mm
30 mm 70 mm
100 mm
40 mm
σ/GPa 15 σ/GPa 1.0 130 mm
10
0.5
5
0
0
0 20 40 60 80 0 20 40 60 80
t/μs t/μs
图 15 距靶体表面 0～40 mm 处的传感器测得的应力波形 图 16 距靶体表面 40～130 mm 处传感器测得的应力波形
Fig. 15 Stress waveforms measured by the sensors 0−40 mm Fig. 16 Stress waveforms measured by the sensors 40−130 mm
away from the surface of the target away from the surface of the target
从图 17(c) 可以看出，撞击后的靶体可分为动态应力波区和弹靶界面附近的静高压区两部分。动态
应力波包括弹性前驱波和塑性应力波，由近似稳态侵彻阶段中较高的弹靶界面应力传播衰减形成，在传
感器测量的应力波形中表现为第 1 个峰；在第 3 侵彻阶段时，弹靶界面附近会出现 1 个高应力区，即静高
压区。在第 3 侵彻阶段，与近似稳态侵彻阶段相比，弹体速度迅速减小，弹靶界面所承受的应力也显著

σ/kPa σ/kPa
20.0 20.0
18.1 18.1
16.2 16.2
14.3 14.3
12.4 12.4
10.5 10.5
8.6 8.6
6.7 6.7
4.8 4.8
2.9 2.9
1.0 1.0
(a) 0 (b) 10 μs
σ σ

054101-8

(c) 30 μs (d) 35 μs
σ σ

(e) 40 μs (f) 45 μs