Page 82 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 李千一，等： 新型TWIP钢/陶瓷复合结构的抗冲击性能 第 4 期

临界速度为 225 m/s 左右。在撞击速度为 250 m/s 时，新型 TWIP 钢的层裂现象并不明显，裂纹的宽度较
窄，由于试样内部的损伤累积较小，两处的裂缝没有完全贯通。当撞击速度为 300 m/s 时，出现较为明显
的层裂。对比以上裂纹形貌可知，随飞片速度的增加，试样在更大区域范围内产生塑性变形并累积损
伤，裂缝宽度逐渐增大且沿着平面方向逐渐贯通。

Pressure/Pa v=400 m/s v=300 m/s
2.52×10 9
2.24×10 9
1.96×10 9
1.68×10 9
1.40×10 9
1.12×10 9 v=250 m/s v=225 m/s
8.42×10 8
5.61×10 8
2.80×10 8
0

图 12 复合结构在不同冲击速度下的等效应力分布图
Fig. 12 Equivalent stress distribution diagram of composite structure under different impact velocities

对单独的新型 TWIP 钢进行不同冲击速度下的有限元模拟，结果如图 13 所示。与复合结构相同的
是，随飞片速度的增加，裂缝宽度增大且沿着平面方向逐渐贯通。与复合结构不同的是，单独的新型

TWIP 钢在撞击速度为 175 m/s 左右时就出现了裂纹，出现较为明显的层裂的速度也更小。对比二者可
以看出，复合结构的设计对抗冲击性能有较明显的提升。

Pressure/Pa v=493 m/s v=400 m/s
2.92×10 9
2.60×10 9
2.27×10 9
1.95×10 9
1.62×10 9
1.30×10 9 v=200 m/s v=175 m/s
9.95×10 8
6.50×10 8
3.25×10 8
0

图 13 单独 TWIP 钢不同冲击速度下的等效应力分布
Fig. 13 Equivalent stress distribution of single TWIP Steel under different impact velocities

为研究钢材性能对复合结构抗冲击性能的
表 6 结构钢 S275N 基本力学参数
影响，选用结构钢 S275N 与 SiC 陶瓷复合作对
Table 6 Mechanical parameters of S275N steel
比，进行不同冲击速度下的数值模拟。结构钢
−3
S275N 的基本力学参数如表 6 所示，失效模型采 密度/(g·cm ) 杨氏模量/GPa 泊松比 体积模量/GPa 剪切模量/GPa
7 850 210 0.35 115 87
用的最大拉伸应力模型，将最大拉伸压力也定义
为 3.1 GPa，符号取负。数值模拟结果如图 14 所示。在 492 m/s 的速度下结构的层裂裂纹相较于新型

TWIP 钢更宽且更加连续，反映了其受损伤的情况也更为严重。而不同冲击速度下的应力分布图也反映
出其产生裂纹的临界速度为 200 m/s 左右，比新型 TWIP 钢低，且产生的裂纹并非层裂裂纹，而是弯曲裂
纹。在速度为 250 m/s 时会在中心位置出现明显的较窄的层裂裂纹。可以看出新型 TWIP 钢的抗冲击性
能要明显优于结构钢 S275N。

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