Page 146 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 吴 昊，等： 超高速武器战斗部侵彻效能分析与混凝土遮弹层设计 第 3 期

粒径为 65～75 mm，体积率为 30%，UHPC 基体抗压强度为 115 MPa。根据试验布置，借鉴吴昊等 [23] 提出
的混凝土细观建模方法建立能够描述块石形状、尺寸和分布随机性的有限元模型，如图 7(a) 所示。为了
提高计算效率，在弹体直接作用近区（200 mm×200 mm×120 mm）采用细观建模，其余部分仍采用宏观均
质建模方法。弹靶接触算法的设置与 2.1 节一致，刚玉块石和基体混凝土界面过渡区采用*AUTOMATIC_
SURFACE_TO_SURFACE_TIEBREAK 接触进行表征，主要参数的取值见表 4。其中：NFLS 为法向强度，
SFLS 为切向强度，PARAM 为损伤指数，ERATEN 为法向断裂能，ERATES 为切向断裂能，CT2CN 为切/
法向刚度比，CN 为法向刚度。弹、靶网格尺寸分别为 5 和 10 mm，其中，靶体采用四面体单元以准确描
述块石形状。DT300 钢弹体 [23] 采用 JC 材料模型进行表征，其参数取值通过已有研究 [38, 43] 和模拟结果确
定，具体见表 1。靶体中刚玉块石 JH-2 模型参数见表 5，其中：G 为剪切模量，A JH- 2 为归一化无损伤强度
参数，B 2 为归一化断裂强度参数，C 2 为应变率系数，M 2 为断裂强度参数，N 2 为无损伤强度参数，
JH- JH- JH- JH-
˙ ε 0 为参考应变率，T JH- 2 为最大拉伸强度，HEL 为弹性极限，p HE L 为弹性极限压力，D 1JH- 2 为损伤系数，D 2JH-2
为损伤指数，F sJH- 2 为失效判据。UHPC 基体最大主应变删除准则阈值为 0.4，具体参数如表 2 所示。

Projectile
0.1 ms 0.2 ms 0.3 ms 0.5 ms
51.8 mm
Corundum rubble
500 mm 375 mm

(a) Finite element model (b) Projectile penetration processon CRC targets
图 7 弹体侵彻 CRC 靶体有限元模型以及弹靶破坏形态对比
Fig. 7 Finite element model and damage pattern comparisons of target and projectile

表 4 刚玉块石与 UHPC 基体界面参数 [23]
Table 4 Interface parameters between corundum rubble and UHPC matrix [23]
−1
−1
−1
NFLS/MPa SFLS/MPa PARAM ERATEN/(MN·mm ) ERATES/(MN·mm ) CT2CN CN/(GPa·m )
9 27 −2 1 3 0.42 5

表 5 刚玉块石的 JH-2 模型参数 [44-45]
Table 5 JH-2 model parameters of corundum rubble [44-45]
−3
ρ/(kg·m ) G/GPa A JH-2 B JH-2 C JH-2 M JH-2 N JH-2 ˙ ε 0 /s −1 T JH-2 /GPa HEL/GPa p HEL /GPa D 1JH-2 D 2JH-2 F sJH-2
3 800 152 0.88 0.431 0.007 0.6 0.64 1.0 2.62 6.75 3.65 0.012 5 1.85 0.6

图 7(b) 给出了侵彻过程和结束后的弹、靶破坏形态。可以看出，弹体高速侵彻 CRC 靶体时出现刚
玉块石破碎以及弹体变形、偏转和断裂现象，导致弹体的侵彻能力显著降低。考虑到刚玉块石的尺寸和
空间分布随机性，对上述靶体的 5 个不同位置开展数值模拟，侵彻深度分别为 51.8、43.1、50.9、45.4 和

39.1 mm，平均值为 46.1 mm，与试验平均值 48 mm 的相对误差为−4%。
综上，通过对比钢和钨合金弹体宽速度域侵彻 NSC、UHPC 和 CRC 靶体试验的侵彻深度、弹体残余
长度和靶体内应力时程，验证了 3 种典型遮弹层材料的建模方法、材料模型参数以及弹体超高速侵彻数
值仿真方法的适用性和可靠性。

3 AGM-183A 超高速武器战斗部侵彻效能分析

本节采用第 2 节中充分验证的数值仿真方法，首先基于侵彻深度和弹体残余长度等效准则进行网

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