Page 97 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 吴 昊，等： 基于战斗部侵彻动爆一体化效应的遮弹层设计 第 5 期

1.2.3 UHPC 靶体侵彻静爆试验
Yang 等 [4] 开展了 UHPC 靶体的侵彻静爆试验，其中弹体的质量为 35.67 kg、直径为 100 mm；圆柱形
TNT 炸药的质量为 12.8 kg、直径为 98 mm、高度为 1 110 mm；圆柱形 UHPC 靶体的直径和高度分别为
2 100 和 1 400 mm，并在靶体外部设置 16 mm 厚的钢箍进行约束。UHPC 的抗压和抗拉强度分别为
133.5 和 6.18 MPa，弹体侵彻初速度为 358 m/s。靶体侵彻深度和开坑直径分别为 700 和 1 040 mm，侵彻
后弹体未发生明显变形。爆炸试验中的 TNT 炸药埋置深度为 480 mm，为了记录爆炸作用下靶体内部的
应力传播，在靶体内部布置 4 个 PVDF 传感器（编号分别为 Gauge 1_1、Gauge 1_2、Gauge 2_1 和 Gauge
2_2），测点位置如图 6(a) 所示。图 6(b) 给出了建立的有限元模型，其中弹壳、钢箍、装药和空气的材料
模型参数、网格尺寸和接触算法与 1.2.2 节一致，对 UHPC 仍采用*MAT_RHT 材料模型进行表征，参数取
值见表 4，通过试算确定单元最大主应变删除准则阈值为 0.65。

Projectile
Primary explosive
UHPC target TNT Detonation

2 100 mm Steel culvert
630 mm
1 400 mm Target TNT
Gauge 1-1 Gauge 1-2 Projectile 480 mm
200 mm Gauge 2-1 Gauge 2-2 TNT
200 mm 520 mm Symmetry plane
(a) Positions of measuring points (b) Test photo and finite element model
[4]
图 6 测点位置、试验照片 和有限元模型
[4]
[4]
Fig. 6 Positions of measuring points, test photo and finite element model

表 4 UHPC 的 RHT 模型和状态方程参数 [21]
Table 4 Parameters for RHT material model and equation of state of UHPC [21]
σ c /MPa G/GPa σ ∗ t σ s ∗ g c * g * t ξ A n Q 0 B
123.5 20.9 0.070 7 0.267 0.53 0.7 0.67 1.6 0.61 0.681 0.010 5
m −3
ε p ρ 0 /(kg·m ) p E /MPa p C /MPa N A 1 /GPa
A f n f D 1 D 2 α 0
1.75 0.52 0.04 1.0 0.08 2 500 1.191 2 46.6 6 000 4 44
t
A 2 /GPa A 3 /GPa B 0 B 1 T 1 /GPa T 2 /GPa ˙ ε c 0/s −1 ˙ ε /s −1 β c β t
0
29.58 11.28 1.22 1.22 44 0 3×10 −5 3×10 −6 0.012 5 0.014 3
图 7(a) 和 (b) 分别给出了侵彻和爆炸阶段 UHPC 靶体纵剖面与迎弹面的损伤云图对比，可以看出，
数值模拟预测得到的侵彻和爆炸后靶体的破坏形态与试验结果一致。侵彻深度模拟值为 802 mm，与试
验值（700 mm）的相对误差为 14.6%，开坑直径的模拟值为 942 mm，与试验值（1 040 mm）的相对误差为
–9.42%。图 8 给出了爆炸阶段不同测点得到的应力时程与数值模拟结果的对比，其中测点 Gauge 1_1 因
受到侵彻试验的影响，得到的测量数据不可靠 ，其余 3 个测点应力峰值的相对误差分别为 10.18%、
[4]
–11.76% 和 20.72%。需要说明的是，由于传感器功能限制，试验仅测得压应力（正值）。此外，由于埋置
于靶体中的传感器容易受温度、湿度和施工质量等试验条件影响，预测的荷载作用时间存在一定误差。
因此，所采用的有限元分析方法同样适用于侵彻和静爆作用下 UHPC 靶体侵彻深度、开坑尺寸以及爆炸
波传播和应力峰值的预测。
综上，分别开展了装药运动爆炸试验以及 NSC 和 UHPC 靶体侵彻静爆试验的数值仿真分析，通过
对比试验和数值模拟结果，验证了所采用的有限元分析方法包括材料模型、参数取值、网格尺寸和数值

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