Page 7 - 《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

1.2 材料模型

弹头、弹身及尾盖材料均为 G50 钢，试验弹内 表 1 G50 钢与 7075 铝合金弹塑性本构模型参数
Table 1 Elastoplastic constitutive parameters of G50 steel
部硬回收部件材料为 7 075 铝合金，采用弹塑性本
and 7075 aluminum alloy
构模型表征其材料力学性能，参数如表 1 所示。
密度/ 弹性模量/ 屈服应力/ 切线模量/
靶体为素混凝土，无约束抗压强度为 12.3 MPa。 材料 泊松比
−3
(g·cm ) GPa MPa MPa
采用 HJC 本构模型 [28] 表征其强度及损伤行为，
G50钢 7.8 200 0.3 1 800 1 000
材料参数引自文献 [29]，如表 2 所示。其中，a 为
7 075铝合金 2.7 70 0.3 520 477
归 一 化 内 聚 强 度 ， b 为 归 一 化 压 力 硬 化 参 数 ，
C 为应变率系数，N 为压力硬化指数，f 为无约束抗压强度，T 为材料的最大拉伸应力， ˙ ε 0 为参考应变率，
c
ε e，mi n 为使材料断裂的最小塑性应变，F ma x 为归一化最大强度，p 为压溃压力，ε 为压溃体积应变，p 为锁
c
l
c
定压力，ε 为锁定体积应变，D 、D 为模型的损伤常数，K 、K 、K 为压力常数。采用破坏应变作为混凝
3
l
2
2
1
1
土材料的失效破坏准则，最大主应变和最大切应变参数均设置为 0.2。

表 2 混凝土的 HJC 本构模型参数 [29]
Table 2 HJC constitutive parameters of concrete [29]
−3
密度/(g·cm ) 剪切模量/GPa a b C N f c /MPa T/MPa ˙ ε 0/s −1 ε e, min
1.604 1.15 0.28 1.85 0.006 0.84 12.3 1.8 1 0.01
p c /MPa p l /MPa K 1 /GPa K 2 /GPa K 3 /GPa
F max ε c ε l D 1 D 2
15.0 13.8 0.007 5 1 210 0.15 0.04 1.0 12 135 698
1.3 模型验证
基于文献 [27] 的试验测试，建立了图 2 中的光滑试验弹以 1.7°的初始攻角侵彻混凝土靶的 1/2 对称
有限元模型。数值仿真计算获得沿 x 轴方向的弹体侵彻深度为 1 630 mm，相应试验测试结果为 1 616 mm ，
[27]
两者偏差仅 0.8%。弹体硬回收装置上轴向与横向加速度的仿真计算结果与试验测试结果对比如图 3 所
示，其中，A 表示加速度，下标 s 和 t 分别表示轴向和横向。二者轴向加速度的波形和幅值基本一致，加速
度平台大约在 3 000g（g 表示重力加速度，g=9.8 m/s ）附近，试验弹加速度持续时间为 11.1 ms，数值仿真
2
所得加速度持续时间为 11.8 ms，两者时间脉宽相对偏差仅 6.3%；二者横向加速度的波形和幅值也基本
一致，加速度峰值约 3 250g，主波形的脉宽持续时间约为 2.5 ms。总之，数值仿真获得的侵彻深度、加速
度时间历程等与试验测试结果吻合良好，验证了数值模拟模型的有效性和合理性。

40 [27] 20 [27]

35 Test 15 Test
Numerical
Numerical
30 10
25 5 0
A s /(mm⋅ms −2 ) 15 A t /(mm⋅ms −2 ) −10
20
−5
10
5 −15
−20
0 −25
−5 −30
−10 −35
0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14
Time/ms Time/ms
(a) Axial acceleration (b) Transverse acceleration
图 3 1.7°攻角时光滑弹侵彻混凝土靶的轴向及横向加速度时程曲线的数值仿真结果与试验 [27] 结果对比
[27]
Fig. 3 Comparison between numerical results and experimental results of acceleration of the smooth projectile
penetrating concrete target at attack angle 1.7°

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