Page 149 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 王可慧，等： 两种材料结构弹体高速侵彻钢筋混凝土靶实验研究 第 12 期

DT1900 材料由于强度和硬度较高，冲击压 12
Δ m t /m
缩 破 坏 抗 力 强 ， 其 弹 长 侵 蚀 率 不 超 过 5 % ， 较 Δ m b /m
10 Δ m/m
30CrMnSiNi2MoVE 实验弹明显降低。在弹径的
缩减程度上，DT1900 实验弹较 30CrMnSiNi2MoVE 8
实验弹略有增加，这种差异主要是由材料的抗剪 Mass loss rate/% 6
和耐磨性能不同导致的（DT1900 的冲击压缩破 4
坏抗力强，但抗剪和耐磨性能较差）。
在弹体的质量损失方面，相关学者对卵形 2
头部长杆弹高速侵彻后的剩余质量进行了较为 0
30CrMnSiNi2MoVE DT1900 DT1900
系统的研究，发现弹体质量损失随撞靶速度的提
v 0 =1 418 m/s v 0 =1 407 m/s v 0 =1 433 m/s
高而增大，且质量损失主要发生在弹体头部 [1, 14] 。
图 13 质量损失率的对比
图 13 对比了实验后各弹体的弹头质量侵蚀率和
Fig. 13 Comparison of mass loss ratio
弹身质量磨蚀率。可以发现，本文设计的锥形结
构弹体的质量损失规律与卵形头部长杆弹明显不同。3 发实验弹的弹头质量侵蚀率分别为 2.13%、
0.31% 和 0.32%，仅占总质量损失的 21.98%、3.18% 和 3.04%，头部侵蚀质量占比较小，而弹身磨蚀质量占
比较大。分析可知，实验弹的锥形扩尾设计增大了弹身与靶体的接触面，使得弹身在侵彻过程中持续受
到骨料和钢筋等物质的磨蚀和削减，弹体表面金属不断剥落并顺着弹尾刻槽排出，因而弹体的质量损失
主要发生在弹身部分。
此外，对比不同材料实验弹的弹头质量侵蚀率可知，DT1900 实验弹的弹头质量损失较小，约为
30CrMnSiNi2MoVE 实验弹的 1/7，弹体头部结构较完整。综上，结合不同材料弹体的结构侵蚀变形、外
形尺寸变化和质量损失情况可知，在实验撞靶速度段，弹体材料在弹体的侵蚀变形中占主导因素。

3.3 侵彻能力分析
弹体对钢筋混凝土的侵彻深度是评价弹体毁伤能力的重要指标。常规钻地弹受弹体材料选型及结
构设计所限，其生存速度通常不超过 900 m/s，侵彻深度一般不超过 4 倍弹长。本研究在进行实验弹设计
时，考虑到弹体在高速冲击过载下的结构生存，在弹体材料及结构设计上进行了优化，有效提高了弹体
的生存极限速度。
表 5 实验弹的无量纲侵彻深度
表 5 列出了不同材料实验弹在 1 400 m/s 速
Table 5 Dimensionless penetration depths of
度段的无量纲侵彻深度 H/L（H 为侵彻深度，L 为
experimental projectiles
实验弹长度）。分析实验数据可知，高速撞靶条
弹体材料 撞靶速度/(m·s ） 靶板强度/MPa 靶板厚度 H/L
−1
件下，11 kg 级结构弹体贯穿钢筋混凝土靶板的
30CrMnSiNi2MoVE 1 418 32.5 有限靶 7.95
厚度超过 9 倍弹长，侵彻能力较常规钻地弹提高
1 407 30.7 9.27
一倍；其次，对比 2 种材料实验弹的侵蚀变形及 DT1900 有限靶
1 433 30.7 8.39
侵彻深度可以发现，弹体头部的侵蚀和墩粗会在
一定程度上降低弹体的侵彻深度，速度相当的情况下，弹体头部侵蚀程度越小，侵彻深度越高（DT1900
实验弹的头部侵蚀程度较 30CrMnSiNi2MoVE 实验弹小，侵彻深度有所增加）。
已有研究 [21] 表明，对于结构弹体，侵彻深度随侵彻速度的增加呈现出先增后减的规律，具体可分为刚
体侵彻区，准刚体侵彻区、侵蚀体侵彻区和破碎体侵彻区 4 个阶段。其中，准刚体侵彻区和侵蚀体侵彻区
的临界速度 v 对应弹体的最大侵彻深度，由文献 [21] 可知，撞靶速度约为 1 400 m/s 时，30CrMnSiNi2MoVE
H
实验弹达到最大侵彻深度。结合本文的实验数据可知，DT1900 实验弹在相同速度段的侵彻深度较
30CrMnSiNi2MoVE 实验弹提高了 16.6%，其侵彻能力明显提高；同时，当撞靶速度由 1 407 m/s 提升至 1 433 m/s
后，其无量纲侵彻深度由 9.27 下降至 8.39，由此可判断 DT1900 实验弹的临界速度 v 同样约为 1 400 m/s，
H
且 1 433 m/s 已处于侵蚀体侵彻区，随着撞靶速度继续升高，弹体的侵彻深度将逐渐降低。

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