Page 147 - 《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

格尺寸过渡，以满足原型工况数值仿真的计算要求，然后对 AGM-183A 超高速武器战斗部在 3≤Ma≤

8 范围内侵彻 3 种典型遮弹层工况开展数值模拟。
3.1 网格过渡策略
由于缺乏公开的大直径弹体超高速侵彻试验，第 2 节通过小直径（＜25.3 mm）弹体超高速侵彻试验
确定的网格尺寸无法满足原型工况（170 mm）数值模拟的算力和效率需求，本节采取基于侵彻深度和弹
体残余长度等效准则的网格过渡策略，通过调整不同尺寸靶体单元的失效阈值，将小网格尺寸过渡为大
网格尺寸，以实现原型工况的合理准确计算。具体步骤如图 8(a) 所示：将 2.1.1 节试验的弹靶几何尺寸放
大 5 倍（弹径 30 mm，靶体直径 1 500 mm，厚度 2000 mm）作为网格过渡工况，分别建立弹靶网格尺寸为
1 和 5 mm 的有限元模型，2 个模型的数值算法、接触算法和材料本构模型参数等保持一致；由于 1 mm
网格尺寸的弹体和靶体单元失效阈值已于第 2 节验证，因此首先对其以 3≤Ma≤8 侵彻靶体工况进行数
值模拟，得到侵彻深度和弹体残余长度结果；然后基于侵彻深度和弹体残余长度等效准则，确定 5 mm 网
格尺寸的 NSC 和 UHPC 靶体的最大主应变删除准则阈值分别为 0.09 和 0.07。图 8(b) 和 (c) 分别对比了
3 种网格尺寸下 3≤Ma≤8 范围内模拟得到的侵彻深度及弹体残余长度。可以得出，NSC 和 UHPC 靶体
网格过渡前后侵彻深度的最大相对误差分别为 6.3% 和 6.1%，弹体残余长度的最大相对误差分别为

−7.7% 和−6.0%，满足原型工况数值仿真精度要求。

Damage
Ø30 mm 1.0
1 500 mm 485 mm 0.9
1 mm 470 mm 120 mm 5 mm 125 mm 0.8
0.7
0.6
2 000 mm 1 mm 0.5
0.4
0.3
0.2
5 mm
0.1
0
(a) Numerical simulation strategy (NSC, Ma=3)
700 150
600 120
Penetration depth/mm 500 NSC_1 mm Recovered projectile length/mm 90 NSC_1 mm

400
60
NSC_5 mm
300
UHPC_1 mm
UHPC_1 mm
UHPC_5 mm 30 NSC_5 mm
UHPC_5 mm
200 0
2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9
Ma Ma
(b) Comparisons of penetration depth (c) Comparisons of recovered projectile length
图 8 数值仿真策略以及 2 种网格尺寸模拟结果对比
Fig. 8 Numerical simulation strategy and comparisons of simulated results for two mesh sizes
3.2 侵彻深度变化规律
基于验证的有限元仿真分析方法和优化后的网格尺寸（弹靶均为 5 mm），分别对 AGM-183A 超高速

武器战斗部以 3≤Ma≤8 侵彻 3 种遮弹层的工况开展数值模拟。图 9 给出了原型工况有限元模型，
NSC 和 UHPC 方形靶体尺寸为 3.4 m×3.4 m×7 m。CRC 圆柱形靶体的直径为 3.4 m，厚度为 5 m，为便于
建模并提高计算效率，细观建模区域的直径为 0.8 m，厚度为 2 m。基于吴昊等 [23] 的前期工作，CRC 遮弹
层中的刚玉块石按最优配比设计，刚玉块石粒径取 1.3～1.7 倍弹径，即 220～290 mm，体积率为 40%。

AGM-183A 超高速武器战斗部材料 30CrMnSiNi2MoVE 的 JC 模型参数取值 [23] 如表 1 所示，3 种遮弹层材
料模型及其参数的取值与第 2 节一致。

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