Page 6 - 《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

别命名为 Part A 和 Part B，进一步将 Part A 中所有锯齿的左锯齿和右锯齿分别命名为 Part AL 和 Part AR，
将 Part B 中所有锯齿的左锯齿和右锯齿分别命名为 Part BL 和 Part BR，如图 1（b）所示。此外，将锯齿区
（即 Part AB）以外的其他区域统称为 Part others。为对比分析结果，将光滑弹采用相同的方式剖分。在构
建数值仿真模型时，考虑弹体结构及侵彻条件的对称性，建立两种弹体三维结构的 1/2 有限元模型，
如图 1（c）所示。混凝土靶为圆柱体，直径为 2 438.4 mm，高为 2 133.6 mm，建立的弹体侵彻混凝土靶体
1/2 有限元模型如图 1（d）所示。

237.3 mm 414.9 mm Part AL Part AR Part A=
Part AL+Part AR
76.3 mm 120.7 mm Smooth Part A

1 2 … n
Part B
Serrated
Part B=
Part BL+Part BR
Serrated region Part BL Part BR
(a) Smooth and serrated penetrator (b) Serrated region

Smooth
y
t s
z x
O O′
Serrated

(c) 3D finite element model of penetrator (d) 3D finite element model of penetrator
penetrating concrete targets
图 1 锯齿弹与光滑弹结构及有限元模型
Fig. 1 Configurations and numerical models of the smooth and serrated projectiles
采用文献 [27] 中的光滑弹侵彻试验结果校核有限元模型。文献 [27] 中，该试验弹内部装填了硬回
收装置，如图 2（a）所示，相应的弹体 1/2 数值仿真模型如图 2（b）所示。

(a) Smooth projectile in experimental test [27] (b) 3D numerical model of smooth projectile

图 2 光滑弹 [27] 及相应的有限元模型
[27]
Fig. 2 Smooth projectile and corresponding numerical model
将整体坐标系 O-xyz 固定在靶体上，局部坐标系 O'-st 固定在弹体上，如图 1（d）所示。其中，坐标原点
O 固定在靶体底面圆心位置，局部坐标系原点 O'固定在弹体质心上，x 轴沿靶面法线方向并指向弹体，
s 轴沿弹体轴线方向，当正侵彻时 x 轴与 s 轴方向重合，当侵彻带攻角时，O-xy 平面与 O'-st 平面重合。
在有限元模型中，利用八节点六面体单元对几何体进行离散，网格尺寸约 5 mm，其中弹体模型共包
含约 3.7 万个单元，靶体模型包含约 321 万个单元。两种弹型的弹体头部和尾盖的网格大小及数量完全
相同，弹身沿轴向和环槽方向的网格数量也完全相同。弹头、弹身、尾盖之间的连接均简化为共节点约
束。数值模拟采用拉格朗日显式有限元方法，并使用减缩积分单元，弹靶相互作用采用面面侵蚀接触表
征，采用单元删除方法表征结构的破坏失效。对弹体施加沿 x 轴负方向的初始速度，其值为 304 m/s（该
速度属于亚声速范围），弹体和靶体在 O-xy 平面上施加对称边界条件，靶体底面固支。

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