Page 162 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李天宇，等： 典型爆炸冲击载荷下T800碳纤维层合板的损伤特性 第 3 期

为得到更清晰的靶板损伤情况随深度变化 179 m·s −1
0.5 183 m·s −1
的趋势，对图 5 进行多曲线平均处理，得到 2 种 184 m·s −1
227 m·s −1
破片打击下，靶板损伤面积占比随距靶板表面深 0.4 299 m·s −1
508 m·s
−1
度增大而改变的趋势，如图 6 所示。 182 m·s (YG6)
−1
230 m·s (YG6)
−1
对 图 6 进 行 定 量 分 析 的 结 果 表 明 ， T800/ Delamination area ratio 0.3
3200 CFRP 层合板在遭受破片侵彻过程中，其分 0.2
层损伤区域面积与侵彻深度呈显著正相关。靶
板脱层破坏区呈现典型台体状扩展特征，损伤区 0.1
域截面面积随侵彻深度的增大呈现单调递增趋
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
势。分析损伤机理认为，该规律可通过 2 阶段不 Depth from impact surface/mm
同类型的失效机理耦合过程进行合理解释。
图 5 各速度入射 T800 层合板破片致靶板各深度失效比率
第 1 阶段，在接触靶板的初期，破片速度高，
Fig. 5 Relationship between depth of CFRP
靶板的破坏模式以压剪冲塞为主导，纤维主要发 plate and damage ratio

生剪切失效，破坏区域主要集中在侵彻处周围， 179 m/s −1 183 m/s −1 184 m/s −1 299 m/s −1
182 m/s (YG6)
−1
−1
失效面积不大，破片的动能主要通过纤维剪切与 227 m/s −1 508 m/s Delamination area ratio (Tungsten)
−1
230 m/s (YG6)
基体压溃的过程被吸收。 Delamination area ratio (YG6)
在第 2 阶段，失效现象由多种因素共同作用 0.5
导致。随着破片侵彻深度的增大，其动能被靶板 0.4
持续吸收，当破片的速度不足以直接剪断纤维
时，它将通过纤维牵拉使靶板层间撕裂形成凸 Delamination area ratio 0.3
起，引发类似薄膜的拉伸失效。另一方面，冲击 0.2
波在背爆面反射后形成拉伸波，导致脱层破坏，
越靠近背面越显著，且破片速度越低，其拉剪作 0.1
用与拉伸波耦合时间越长，失效面积越大。
在上述机理驱动下，靶板各截面失效面积 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Depth from impact surface/mm
即随破片侵彻靶板深度的增大而不断增大。上
图 6 各材质破片入射 T800 层合板破片致靶板
述靶板的失效模式在其他复合材料板的侵彻试
各深度平均失效比率
验中也被观测到 [13, 15, 29-30] 。
Fig. 6 Relationship between depth of CFRP plate
为进一步研究不同入射速度与靶板的台体
and average damage ratio
状损伤失效区域体积的关系，对图 5 中各入射速
度破片致脱层失效数据进行进一步分析，通过计 0.35 7.08 g tungsten ball
5.25 g YG6 tungsten carbide ball
算得到整块靶板脱层失效区域的体积占比与入 0.30
射速度的关系，如图 7 所示。 0.25
由图 7 可知，入射速度越高，靶板失效破坏 0.20
的台体区域体积占比越小，且相同入射速度下， Estimated delamination volume ratio 0.15
2 种相同几何参数但质量不同的破片造成的破 0.10
坏区域大小差别不大。分析该现象机理，认为随 0.05
着入射速度的提升，破片动能的增大显著强化了
0
侵彻初期压剪冲塞作用，导致冲塞深度增大；相 150 200 250 300 350 400 450 500 550
−1
Incident veloctiy/(m·s )
应地，后续冲击与拉伸波耦合作用的深度范围减
图 7 各速度入射破片致 T800 CFRP 靶板失效体积比率
小，脱层失效的区域因而变小。高速冲击下，靶
Fig. 7 Failure volume ratio of T800 CFRP target
板迅速被破片完全贯穿，此时拉伸波在边界大范
under fragment impact at different velocities

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