Page 188 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 廖祜明，等： 预测不同冲击载荷下弹药响应特性的HOTM方法 第 3 期

a thermo-mechanical-chemical coupling constitutive model of explosives was established, which took the effects of
temperature and pressure on the explosive’s chemical reaction and detonation into account. The Arrhenius thermal-chemical
reaction coupling model for explosive initiation and the Lee-Tarver three-term pressure ignition model induced by local high
pressure were integrated to accurately simulate the different initiation mechanisms of explosives under varying impact
velocities, thereby predict complex physical phenomena during the impact loading of ammunition. These phenomena include
high-speed contact, large plastic deformation of the metal casing, material fracture, heat conduction, explosive initiation, and
the expansion work performed by chemical reaction products. Taking the numerical simulations of two typical impact
scenarios—bullet impact on ammunition at 850 m/s and fragment impact at 1 850 m/s—as examples, the influence of impact
velocity on the initiation mechanisms of explosives and the overall response of ammunition was analyzed, with comparisons
made against relevant experimental results. The proposed approach and findings provide reliable technical support for the
optimization of impact-resistant design and safety assessment of ammunition.
Keywords: bullet/fragment impact; ammunition safety; HOTM method; thermal-mechanical-chemical coupling

现代武器系统对弹药的材料工艺、能量密度和毁伤威力等指标提出了日益严苛的要求。然而，这种
性能的提升往往伴随着弹药对意外刺激敏感性的增强，导致实际使用过程中因操作失误和意外刺激（如
子弹或破片撞击）而引发各类安全事故。因此，提升弹药的钝感性，即降低其受到意外刺激时的反应剧
烈程度，对于保障人员安全、保护武器平台和后勤系统具有重要意义。钝感炸药（insensitive munition，
IM）的研发目标即在于此，其要求在受到热刺激（快慢速烤燃试验）、机械刺激（子弹、破片、聚能射流等
撞击）和冲击波等意外刺激时表现出不敏感特性，发生燃烧而非爆轰，尽量将意外反应的剧烈程度和风
[1]
险隐患降到最低 。
为了测试枪击条件下弹药战斗部的响应程度，指导钝感炸药的研发和评估，美国等北约各国相继出
台了子弹/破片撞击试验方法和评估准则 [2-5] 。其中，美国国防部颁布的《非核弹药危险评定试验》先后发
展 MIL-STD-2105-ABCD 多版，成为 IM 领域核心标准之一。而美国的《钝感弹药战略计划》（Insensitive
Munition Strategy Project, IMSP）、北约组织的 AOP-39《钝感弹药引入与评估政策》和 STANAG 4439《引进
评估不敏感弹药的政策指南》也是钝感弹药评估的重要指导文件。而我国也发布了 GJB 772A—1997
《炸药试验方法》等相关规范 。这些标准化测试流程为弹药安全评估提供了统一标准和可靠依据，同时
[6]
也为弹药研发和数值模拟提供了重要标准和指导。近年来，大量学者采用这些子弹/破片撞击标准试验
方法研究了壳体材料、推进剂类型、炸药配比以及子弹/破片撞击位置和方向等对弹药易损性的影响 [7-12] 。
其中，Dagley 等 [8] 发现，由冲击引发的子弹撞击敏感度随固化炸药中浇筑聚合物基体密度的增大而增
大。魏祥庚等 [9] 测试得到端羟基聚丁二烯（hydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB）和硝酸酯塑化聚醚
（nitrate ester plasticized polyether, NEPE）2 种推进剂在钢壳体条件下的低易损性均较差，而装药受冲击方
向的厚度对着火后的燃烧强度影响较大。
此外，目前对撞击过程中子弹/破片速度变化、壳体变形、炸药压力分布等关键响应也有了一些数值
仿真方面的研究分析 [13-21] 。在枪击过程模拟中，庄建华等 [15] 和 Hamaide 等 [16] 均对子弹侵彻和壳体破
损等现象展开了数值模拟，而代晓淦等 [14] 通过模拟不同尺寸高聚物黏结炸药（polymer bonded explosives,
PBX）的枪击响应，分析了冲击波在炸药内部的传播和汇聚。在破片撞击模拟中，濮赞泉 [17] 和刘沫言 [18]
先后采用工业软件模拟了破片撞击带壳起爆的机理，刻画了炸药响应和壳体变形现象并分析了破片速
度、撞击角度和壳体厚度等对装药内部温度、压力和能量沉积的影响。
上述模拟的实现得益于先进数值算法的发展和应用，特别是无网格或粒子类方法。经典的数值模
拟方法如有限元和边界元大多基于网格离散，受网格畸变限制，难以处理超大变形和破碎分离的问题。
若采用单元侵蚀算法删除变形过度的单元则会导致人为的质量和能量损失，影响模拟准确度。此外，当
材料响应模拟需要考虑加载速率和路径相关、跟踪物质界面移动以及描述固液气动态相变时，这些网格
方法的准确程度和求解精度更加有限。

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