Page 196 - 《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

3.1 离散模型 4
本算例中子弹以 850 m/s 的初速度沿径向 Metal
case
撞击圆柱形弹药，图 5(a) 给出了子弹及弹药的几
何构型和尺寸。为提高计算速率，根据对称条 10.6 10 24 30 Bullet 4 292 300
件，建立了 1/4 对称模型，并释放了模型对称面 13 R≈118 3 Explosive
64
内的自由度。HOTM 法的空间离散方式为：对几
112
何模型划分网格，将网格节点作为 HOTM 法中 Ammunition
120
的节点，单元中心作为物质点。本例中子弹及弹 (a) Geometric configuration
药撞击区域网格尺寸为 2 mm，模型离散结果如
图 5(b) 所示，共 6 637 个节点，16 223 个物质点。
3.2 材料模型

子弹、壳体和炸药材料分别为 4340 钢、45
Node
钢和 PBX-3，对应的材料物性参数见表 1 [50] ，其
中 υ 为泊松比。表 2 给出了各材料采用的 J2 黏 Material point

弹塑性模型参数。高温高压下，4340 钢和 45 钢
变形与温度、压力的关系采用 Mie-Grüneisen 状 (b) Discrete model
态方程进行描述，参数引自文献 [51]。PBX-3 炸 图 5 1/4 对称子弹撞击计算模型（单位：mm）
药使用 JWL 状态方程描述反应后的膨胀做功过 Fig. 5 Calculation model with quarter-symmetry
程，参数引自文献 [50]。 for bullet impact (unit: mm)

表 1 材料物性参数 [50]
Table 1 Property parameters for materials [50]
−3
材料 ρ/(kg∙m ) E/GPa υ δ cr /(kJ∙m )
−2
4340钢 7 850 200 0.3 200
45钢 7 800 200 0.3 200
PBX-3 1 820 2.62 0.21
高强钢 7 850 200 0.29 1 000

表 2 材料本构模型参数 [50-51]
Table 2 Parameters of constitutive models for materials [50-51]

材料 σ 0 /MPa ε pl,0 ˙ ε pl,0 /s −1 n m l T m /K
4340钢 [51] 580 0.001 1.0 0.15 0.013 0.885 6 1 795
45钢 [51] 500 0.05 1.0 0.22 0.135 0.885 6 1 795
PBX-3 [50] 5.4 0.000 06 0.001 64 0.05 0.15 0.5 550
高强钢 [51] 1 000 0.001 1.0 0.083 0.002 94 1.17 1 777

3.3 结果分析
图 6 呈现了采用 HOTM 方法对子弹以 850 m/s 速度撞击带壳装药的数值模拟结果。在高速冲击下，
金属外壳与子弹发生显著的塑性变形与局部升温，并在壳体正面区域形成贯穿孔。与此同时，弹丸持续
压缩内部装药，使装药发生塑性变形、生热，进而温度显著上升；子弹所携高温通过热传导进一步加热装
药；侵彻过程中，弹丸与固体炸药的摩擦尽管产生的热量较少，却仍对温度场有所贡献。塑性变形生热、
摩擦生热及炸药自身化学放热的叠加效应推动局部温度逐渐升高，反应速率逐步增大，最终子弹周围炸

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