Page 21 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 陈嘉琳，等： 重复冲击载荷下Al 0.3 CoCrFeNi高熵合金的动态响应机制与累积损伤效应 第 3 期

径与上开坑直径关系为 d =d +2h cot θ（式 (7)），从而影响二次冲击的作用区域，影响关系为 L=d /2+ d 2 ′ /2；
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除此之外，首次冲击会改变 HEA 板的相结构及位错线长度，而这些变化后的微观结构特征将直接影响
二次冲击时 HEA 靶板的塑性变形行为。首次冲击导致 HEA 板的位错线长度变化为 l =3 162.8v −1 239.9
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f
（式 (6)，式中 l 的单位为 nm，v 的单位为 km/s），在二次冲击过程中，HEA 板的位错线长度随着与中心距
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f
i
离的增加而增长；刚性球首次冲击速度的增加会导致 HEA 板内应力分布改变，从而影响其受二次冲击
时的抗冲击能力，HEA 板内最大应力与刚性球冲击速度的关系为 v 2 +29.02（式 (9)，式
σ =−14.48v +114.04
1 i1 i1
中 σ 的单位为 GPa，v 的单位为 km/s），塑性区域边界应力与刚性球冲击速度的关系为 σ =2.81v −0.42 v 2 i1 +
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9.44（式 (10)，式中 σ 的单位为 GPa，v 的单位为 km/s），应力分布的变化直接影响弹道极限，导致在二次
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冲击时材料的抗冲击能力降低，在距冲击中心 10 nm 处的弹道极限为 v bl = −0.008 6e v i1 /0.769 +1.383 6 （式 (14)，
式中 v 的单位为 km/s，v 的单位为 km/s）。结合刚性球首次冲击对 HEA 板的影响区域和应力分布，在
l
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b
已知首次冲击速度 v 和二次冲击速度 v 的情况下，可以确定二次冲击受首次冲击影响的最小区域范围
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i i
v 2 v 2 )+3.29(v +v )+2h cot θ+5.34（式 (12)，式中 L n 的单位为 nm，v 的单位为 km/s，v 的单位
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min
L =−0.45( i1 + i2 i1 i2 mi i i
为 km/s，h 的单位为 nm，θ 的单位为 (°)）。

First impact Geometric feature Deformation mechanism Stress distribution
r=3.29v i1 −0.45v i1 +2.67 σ 1 =−14.48v i1 +114.04v i1 +29.02
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l f =3 162.8v i1 −1 239.9
2
d 2 =d 1 +2h cotθ σ 2 =2.81v i1 −0.42v i1 +9.44
Affected areas Dislocation change Ballistic limit
Second impact
L=d 2 /2+d 2 ' /2 l∝L v b =−0.008 6 e v 1/0.769 +1.383 6
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L min =−0.45(v i1 +v i2 )+3.29(v i1 +v i2 )+2h cot θ+5.34 v bl =−0.008 6e v i1/0.769 +1.383 6 (S=10 nm)
图 23 首次冲击对二次冲击影响总结
Fig. 23 Summary of the influence of the first impact on the secondary impact
本研究揭示了首次冲击对二次冲击的影响范围及 2 次冲击对 HEA 板的微观作用机制。通过分析
HEA 靶板的几何特征、变形机制、应力分布以及弹道极限的变化，阐明了首次冲击对二次冲击效果的作
用规律。本研究方法能够精确预测二次冲击的影响范围，为特定打击场景提供重要指导。同时，为优化
靶板在多次冲击条件下的设计提供了理论依据，有助于在实际应用中有效预测和提升材料的抗冲击性能。
3 结 论

通过重复冲击的 MD 模拟，在微观层面探究了 Al CoCrFeNi 高熵合金板在受单次及二次冲击载荷
0.3
下的动态响应行为，揭示了其相结构演变、位错动力学、能量吸收机制及多冲击累积效应，得到的主要
结论如下。

(1) 相结构演变与能量吸收机制：HEA 靶板的塑性区域相结构表现出显著的冲击速度依赖性。随着
刚性球冲击速度的升高，HEA 靶板中 FCC 相结构的比例呈现三阶段下降趋势，而无序化结构则相应增
加。在低速（0.5～1.5 km/s）冲击条件下，HEA 板的能量主要通过位错网络进行吸收；在中速（＞1.5～
2.0 km/s）冲击下，位错与无序化原子共同发挥作用吸收能量；而在高速（＞2.0～3.0 km/s）冲击条件下，无
序化原子主导能量吸收，同时 HEA 板的位错线显著缩短。

(2) 位错演化与应力分布：在刚性球的首次冲击速度范围内（0.5～0.8 km/s），HEA 板的位错线长度遵

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