Page 61 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李镕辛，等： CoCrFeNiCu x 高熵合金爆炸成型弹丸药型罩结构的优化与毁伤效能 第 3 期

出边界，起爆点均在装药模型的顶端中心位置， 表 3 3 种材料药型罩装药结构参数
计算时间设置为 200 μs。 Table 3 Structural parameters for shaped charge
对 2 种 HEAs 均采用 J-C 本构模型进行计算， liners of three types of materials
具体参数如表 2 所示。并结合 Grüneisen 状态方 罩材 D/mm L/mm h/mm d/mm Φ/mm r 1 /mm r 2 /mm
程进行计算，需在软件中设置 3 个参数，γ 为材 紫铜 60.0 60.3 11.0 58.0 2.0 39.6 37.6
料的 Grüneisen 系数，S 为 Hugoniot 斜率，c 为常 CoCrFeNi 60.0 60.3 11.0 58.0 2.2 39.6 37.4
0
温下材料的体积声速，具体参数如表 4 [37-38] 所 CoCrFeNiCu 60.0 60.3 11.0 58.0 2.1 39.6 37.5

示。对紫铜也同样采用 J-C 本构和 Grüneisen 冲
Materials
击状态方程进行计算，相关参数如表 5 [39] 所示。 8701 explosive Detonation point
Jones-Wilkins-Lee (JWL) 状态方程是炸药爆 Air
炸 计 算 中 极 重 要 的 一 种 半 经 验 状 态 方 程 [ 4 0 ] 。 Copper
HEA x=0
它能够精确描述炸药爆轰产物的膨胀驱动过程，
HEA x=1
因此在武器设计、工程爆破、爆炸加工等多个领 x
域得到了广泛应用。对 8701 炸药采用 JWL 状 y Flow-out
态方程建模计算：
图 8 等壁厚药型罩聚能装药计算模型
ω ω ωE 0
Å ã Å ã
p=A 1− e −R 1 V +B 1− e −R 2 V + (3) Fig. 8 A computational model for a uniform-wall-thickness
R 1 V R 2 V V shaped charge liner
0
式中：E 为初始比内能；V 为比体积；A、B、R 、 表 4 HEAs 的 Grüneisen 状态方程参数 [37-38]
1
R 和 2 ω 为常数。具体参数如表 6 [40] 所示，表中
Table 4 Parameters of Grüneisen equation of state
D 为爆速，p 为 J CJ 压力。 for HEAs [37-38]
d
C
对空气采用理想气体状态方程建模计算 [41] ： 材料 γ S c 0 /(m·s )
−1
(4) CoCrFeNi (x=0) [37] 1.66 1.479 4 770
p a = (γ−1)ρ a E a
3
−3
式中：ρ =1.225 ×10 g/cm 为空气密度，γ=1.4 为 CoCrFeNiCu (x=1) [38] 1.73 1.481 4 573
a
空气的气体常数，E =206.8 kJ/m 为空气的比内能。
3
a

表 5 紫铜的 J-C 本构参数和 Grüneisen 状态方程参数 [39] 表 6 8701 炸药的 JWL 状态方程主要参数 [40]
Table 5 J-C constitutive parameters and Grüneisen Table 6 Main parameters of JWL equation of state
equation-of-state parameters for copper [39] for 8701 explosives [40]
−1
−1
−3
−3
ρ/(g·cm ) A/MPa B/MPa n C m J-C γ S c 0 /(km·s ) ρ/(g·cm ) D d /(m·s ) p CJ /GPa A/GPa B/GPa R 1 R 2 ω V
8.96 90 292 0.31 0.025 1.09 2.02 1.489 3.94 1.69 8 390 34 581.4 6.8 4.1 1.1 0.35 1.0
2.2 初始结构药型罩计算结果及分析
计算结果如图 9 所示，基于此装药构型，紫铜药型罩能够形成无速度梯度的长杆形 EFP，该 EFP 的
飞行速度约为 2 269.5 m/s。此外，其直径维持在 9.0 mm，长度则高达 56.1 mm，长径比约为 6.2，较大的长
径比可增大 EFP 对目标的侵彻深度。因此，这一特性对于提高弹丸的侵彻效能至关重要。相比之下，
2 种 HEA 药型罩虽然也形成了直径约 22.1 mm、速度约 2 030.4 m/s 和直径 19.0 mm、速度约 2 098.2 m/s
的弹丸，但表现出不同的形态特征。特别是，其弹丸尾翼部显著增长，而弹丸部分的长度较短，分别为
18.5 和 19.0 mm，弹丸实心部分过短而外尾翼过长，这一结构特征极大地削弱了弹丸的有效侵彻能力。
通过对比材料的 J-C 本构方程参数不难发现，与紫铜材料相比，2 种 HEA 一般具有更强的应变硬化
行为，尤其在 x=0 时，其参数 B 和 n 远大于紫铜材料的，并且力学性能测试结果也表明这 2 种 HEA 材

料都具有出色的抗冲击韧性，从而加大了其作为药型罩的闭合难度。HEA 的多元素固溶体结构赋予其
更高的冲击韧性和强度，而紫铜的延展性较好，且作为单质金属材料，其强化机制相对简单，不如 HEA
的复合强化效果显著。因此，2 种金属对于 EFP 的成形能力各有不同，在聚能装药设计中也应采取不

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