Page 74 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 第 4 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 4
2026 年 4 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Apr., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2024-0461

新型 TWIP 钢/陶瓷复合结构的抗冲击性能 *

李千一 ，刘希月 ，白书欣 ，叶益聪 ，何满潮 ，夏 敏 3
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（1. 国防科技大学空天科学学院，湖南 长沙 410073；
2. 中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100080；
3. 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100080）
摘要： 为提升装甲的抗冲击防护效能，开展陶瓷与新型 TWIP 钢复合结构的抗冲击性能研究，通过一级轻气炮实
验、微观结构表征与数值模拟，研究了碳化硅陶瓷与 TWIP 钢复合结构在高速冲击载荷下的层裂强度，变形机制和损
伤特性。实验结果表明，复合结构在层裂强度和应变率敏感性相较于纯 TWIP 钢分别有 22.76% 和 7.09% 的提高，复合
结构的层裂程度较低，裂纹和微孔洞数量较少，显示出更好的抗冲击性能。微观分析揭示了材料在冲击载荷下的损伤
机制，包括微孔洞的形成、聚集和主裂纹的形成。采用 LS/DYNA 数值模拟对此类复合结构的抗冲击性能开展研究，结
合实验结果验证了模型的准确性。基于数值模拟分析了冲击过程中不同时刻的应力分布，计算得到结构产生裂纹的
临界冲击速度为 225 m/s 左右，并进一步分析了钢材性能对复合结构抗冲击性能的影响。
关键词： 冲击载荷；轻气炮；新型 TWIP 钢；损伤机制；层裂强度
中图分类号： O347; TB3 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Investigation of impact resistance in novel TWIP steel /
ceramic composite structures

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LI Qianyi , LIU Xiyue , BAI Shuxin , YE Yicong , HE Manchao , XIA Min 3
（1. College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology,
Changsha 410073, Hunan China;
2. State Key Laboratory for Tunnel Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100080, China;
3. College of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100080, China）

Abstract: To enhance the anti-impact protective performance of armor systems and address the demands of lightweight
armored vehicles and military equipment, a systematic study was conducted on the ballistic resistance of a silicon carbide (SiC)
ceramic/novel TWIP (twinning-induced plasticity) steel composite structure. Samples of the SiC ceramic/TWIP steel
composite and monolithic TWIP steel were fabricated for comparative analysis. Single-stage light gas gun plate impact
experiments were performed at a flyer impact velocity of 500 m/s to obtain free-surface velocity profiles of both materials
under high-velocity loading. The spall strength and strain rate sensitivity of the composite and monolithic steel were calculated
from these profiles and statistically compared. Scanning electron microscopy (SEM) and electron backscatter diffraction
(EBSD) were employed to characterize the microstructural evolution and damage mechanisms, including microvoid nucleation,
coalescence, and primary crack propagation, in the impacted samples. Numerical simulations were implemented using LS-
DYNA, where the TWIP steel was modeled with the Johnson-Cook (J-C) constitutive equation, and a particle-based method
was adopted to simulate the brittle ceramic phase. The simulations were extended to investigate spallation behavior at varying

* 收稿日期： 2024-11-25；修回日期： 2025-05-22
基金项目： 国家自然科学基金（51278178）
第一作者： 李千一（2001－ ），男，硕士研究生，1577021069@qq.com
通信作者： 刘希月（1985－ ），女，博士，副教授，liuxy85722@163.com

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