Page 5 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 李孝臣，等： 蜂窝管表层约束混凝土抗高速侵彻性能研究 第 12 期

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随着现代战争形态的演变，超高速武器技术的发展对军事防御工程提出了更高的要求 。这些武器
以其极高的速度和动能，对传统防御结构构成了前所未有的挑战。钢管约束混凝土作为一种具有良好
力学性能和经济性的结构材料，在建筑结构的应用日益广泛 。钢管约束混凝土是通过在混凝土中嵌入
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钢管，利用钢管的高强度和高韧性来增强内部混凝土的径向约束，这种材料组合不仅提高了结构的抗压
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和抗拉强度，同时增强了其稳定性和耐久性 。在抗侵彻方面，石少卿等 [4-5] 首先提出多边形钢管混凝土
在防护工程中可以减小侵彻深度，并通过数值模拟验证了 250 m/s 速度条件下钢管混凝土的抗侵彻能力
强于普通混凝土。蒙朝美等 通过使用 12.7 mm 口径的穿甲弹侵彻不同形状的钢管约束混凝土（正六边
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形、正方形、圆形）来研究不同形状钢管约束混凝土的抗侵彻能力，结果表明：正六边形钢管约束混凝土
靶的抗侵彻性能最好，与圆形靶相比，其侵彻深度减小约 11%，且偏心率小于 0.35 时，撞击点位置对侵彻
深度的影响不大。钢管约束混凝土靶抗多发打击性能研究表明 [7-8] ：钢管约束混凝土抗多发打击能力明
显高于半无限混凝土靶体，漏斗坑体积和最大深度较半无限靶体均有不同程度的降低。此外，使用钢纤
维高强混凝土替换普通混凝土也是减小侵深的一种有效途径，赵宏远等 [9] 研究发现：利用正六边形钢管
约束钢纤维高强混凝土比普通钢纤维高强混凝土的抗侵彻能力有所提升，当蜂窝钢管外接圆直径与弹
体直径之比在 0.8～6.0 之间时，钢管壁厚是影响侵深的重要因素，随着约束钢管壁厚的增大，弹体侵彻深
度减小。李季等 [10] 通过 LS-DYNA 对不同钢纤维含量和不同钢管壁厚的正六边形钢管约束钢纤维高强
混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟，研究发现随着钢管壁厚的增加，遮弹层抗侵彻能力得到有效的提
升，且在混凝土中适当地掺杂钢纤维可以降低弹体的侵彻深度。
超高速条件下的弹体具有强大的毁伤目标能力，钢管约束混凝土具有优秀的抗侵彻能力，研究其在
超高速侵彻下的抗侵彻效应具有重要意义。目前，对于低速条件下钢管约束混凝土靶体抗侵彻性能的
研究较多，但是对于超高速条件下研究几乎没有。且以往研究中，蜂窝钢管运用到实际工事设计中往往
会使用大量钢材，此外大部分研究仅仅考虑单因素对于侵彻深度的影响，例如钢管直径、壁厚等，未考虑
多条件耦合作用下靶体的抗侵彻性能。基于此，本文中通过开展超高速侵彻试验，研究浅埋蜂窝管约束
混凝土抗高速侵彻性能并校验数值模型。在此基础上设计正交参数，数值模拟研究蜂窝管材料、内切圆
直径、高度和壁厚等参数对其所增强混凝土靶体抗侵彻性能的影响，并对其参数进行优化，寻找多因素
耦合条件下钢管混凝土抗侵彻效果最好的组合方式。

1 试 验

1.1 试验系统
试验在二级轻气炮上进行，试验方法见文献 [11]，弹体测速符合标准 [12] ，试验原理如图 1 所示。首
先，对一级泵管、发射管抽真空，随后在高压气室内充入高压氮气，往一级泵管中充入一定量的氢气。发
射时，高压气室快开阀开启，高压氮气推动活塞压缩氢气，一级泵管尾部达到破膜压力后，试验弹体和弹
托被高速发射，通过激光测速系统记录弹体发射速度，脱壳系统用于分离弹托和弹体，最后弹体撞击试
验靶体。

Shelling
Piston Primary barrel Cone device
Central axis Launching tube
Sabot and bullet
High-pressure Laser Target
chamber velocimeter Target chamber

图 1 试验系统示意图
Fig. 1 Schematic diagram of experimental system
试验用弹体为卵形弹，材料为高强合金钢 30CrMnSiNi2A，密度为 7.85 g/cm ，弹性模量为 210 GPa，屈服
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强度为 1 517 MPa，全长 l =36.0 mm，直径 d =7.2 mm，弹头形状系数为 3.0，弹体初始质量 m =9.4 g，如图 2 所示。
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