Page 99 - 《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

靶体初始损伤不可忽略，预制孔爆炸法对于防护设计偏于危险。本节进一步开展侵彻动爆法和侵彻静
爆法的对比分析。与侵彻动爆法相比，侵彻静爆法一方面忽略了爆炸阶段弹壳的约束耗能作用和断裂
破片高速飞散对靶体造成的损伤，另一方面，由于侵彻和爆炸过程不连续，忽略了侵彻和爆炸应力场叠
加效应的影响。考虑到讨论工况中弹体速度降为零的时刻约为 5.0 ms，为了分析弹壳约束和断裂破片的
影响，分别建立侵彻动爆模型（工况 DB-5.0，“DB”指动爆，“5.0”指起爆时刻为 5.0 ms）和侵彻静爆模
型（工况 JB-5.0，“JB”指静爆），2 种工况区别于 JB-5.0 在爆炸阶段将弹壳移除，而 DB-5.0 全程保留弹
壳，其余设置均一致。进一步，为了分析侵彻和爆炸应力场叠加效应的影响，增加侵彻应力场基本消散
后 （ 约 为 6.0 ms） 起 爆 的 侵 彻 静 爆 工 况 JB-6.0。 弹 壳 材 料 采 用 高 强 钢 30CrMnSiNi2MoVE， 并 选 用
*MAT_JOHNSON_COOK 材料模型和*EOS_GRÜNEISEN 状态方程进行描述，相应的参数取值见表 5，表
中：ρ 为密度，A΄ 为屈服应力常数，B΄ 为应变硬化常数，N 为应变硬化指数，C 为应变率相关系数，M 为温
0
m r V ˙ ε 0 为参考应变率，ε 为初始失效应变，D 为指
0
0
度相关指数，T 为熔化温度，T 为室温，c 为比定容热容，
数函数因子，D 为应力三轴度因子，D 为应变率因子，D 为温度因子，S 、S 和 2 S 分别为第一、第二和第
3
5
4
3
1
三斜度系数，c 为曲线截距，γ 为 0 Grüneisen 系数，α 为 γ 的一阶修正系数。TNT 炸药和靶体的材料参数
0
0
分别见表 1～2。

表 5 30CrMnSiNi2MoVE 钢的 Johnson-Cook 模型参数 [22]
Table 5 Johnson-Cook model parameters of 30CrMnSiNi2MoVE steel [22]
−1
−1
−3
ρ/(kg·m ) G/GPa A΄/MPa B΄/MPa N 0 C M T m /K T r /K c V /(J·kg ·K ) ˙ ε 0/s −1
7 800 81 1 300 2 483 0.474 0.009 1.07 1 793 289 477 1×10 −4
−1
c 0 /(m·s )
ε 0 D 0 D 3 D 4 D 5 S 1 S 2 S 3 γ 0 α
0.692 1.581 −3.053 −0.042 2.98 4 569 1.49 0 0 2.17 0.46
图 9 给出了 3 种工况的靶体最终损伤云图。工况 DB-5.0、JB-5.0 和 JB-6.0 中靶体的最终破坏深度
分别为 997、949 和 932 mm，开坑直径分别为 1 536、1 426 和 1 422 mm。上述结果表明，对于本节讨论的
工况，采用侵彻动爆法的破坏深度和开坑直径比侵彻静爆法分别增大 6.88% 和 7.99%，其中，侵彻爆炸应
力场叠加效应使破坏深度和开坑直径分别增大 1.82% 和 0.28%，弹壳约束和断裂破片作用使破坏深度和
开坑直径分别增大 5.06% 和 7.71%。进一步对比分析靶体内部应力，如图 10(a) 所示，在靶体中沿弹体侵
彻方向和垂直侵彻方向布置 2 个测点（A 和 B），分别距离弹着点 1 000 和 800 mm，大于上述工况的破坏
深度和开坑范围。图 10(b) 和 (c) 给出了 3 种工况中上述 2 个测点的应力时程。可以看出：工况 JB-5.0
和 JB-6.0 中，测点 A 的应力峰值分别为 35 和 25 MPa，测点 B 的应力峰值分别为 23 和 18 MPa。即考虑
侵彻和爆炸应力场叠加效应时，两测点处的应力峰值虽分别提高 40% 和 28%，但仍与靶体强度水平相
当，因此，对靶体损伤的影响较小；工况 DB-5.0 和 JB-5.0 中，测点 A 的应力峰值分别为 80 和 35 MPa，测
点 B 的应力峰值分别为 41 和 23 MPa。即考虑弹壳约束和断裂破片作用时，两测点处的应力峰值约为不
考虑壳体工况的 2.3 倍和 1.8 倍。其原因在于，尽管高强钢弹壳约束耗散了部分爆炸能量，将其转化为壳

1 536 mm 1 426 mm 1 422 mm Damage

1.0
0.9
0.8
997 mm 949 mm 932 mm 0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
(a) DB-5.0 (b) JB-5.0 (c) JB-6.0
图 9 3 种工况下靶体最终损伤云图
Fig. 9 Final damage contours of targets for three scenarios

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