Page 83 - 《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

Pressure/Pa

1.52×10 9 v=492 m/s v=350 m/s
1.35×10 9
1.18×10 9
1.01×10 9
8.48×10 8
6.78×10 8 v=250 m/s v=200 m/s
5.08×10 8
3.39×10 8
1.69×10 8
0

图 14 S275N 结构钢复合材料不同冲击速度下的等效应力分布
Fig. 14 Equivalent stress distribution of S275N structural steel composite under different impact velocities
5 结 论

(1) 通过轻气炮冲实验，研究了新型 TWIP 钢与碳化硅陶瓷复合结构的抗冲击性能。结果显示，复合
结构相比于单一钢材，在层裂强度和应变率敏感性均有所提高，层裂强度提高了 22.76%，应变率提高了
7.09%。
(2) 通过 SEM 和 EBSD 的表征，观察到裂纹的形成和扩展过程涉及微孔洞的形成、聚集和最终形成
主裂纹。复合结构的层裂程度相对较弱，裂纹较小，微孔洞数量也较少，表明复合结构具有更好的韧性
断裂特性。
(3) 采用 ANSYS/LS-DYNA 对类新型复合结构的抗冲击性能开展数值模拟分析，模拟结果与实验观
察到的变形和裂纹扩展现象基本一致，验证了模型的有效性。数值模拟还揭示了不同冲击速度下的应
力分布和裂纹特性，研究表明此类复合结构产生裂纹的临界速度为 225 m/s 左右，当冲击速度为 300 m/s
时，出现较为明显的层裂。通过对比复合结构与单独 TWIP 钢在不同冲击速度下的力学性能可以看出复
合结构对抗冲击性能有较明显的提升。选用结构钢 S275N 与 SiC 陶瓷复合作对比，进行不同冲击速度
下的数值模拟。模拟结果表明，新型 TWIP 钢复合结构的抗冲击性能要明显优于结构钢 S275N 复合结
构。研究结果表明钢材性能对复合结构的抗冲击性能产生了较大影响。

参考文献：
[1] ZHAO N, YAO S J, ZHANG D, et al. Experimental and numerical studies on the dynamic response of stiffened plates under
confined blast loads [J]. Thin-Walled Structures, 2020, 154: 106839. DOI: 10.1016/j.tws.2020.106839.
[2] LI C, LI B, HUANG J Y, et al. Spall damage of a mild carbon steel: Effects of peak stress, strain rate and pulse duration [J].
Materials Science and Engineering: A, 2016, 660: 139–147. DOI: 10.1016/j.msea.2016.02.080.
[3] 韩辉, 李军, 焦丽娟, 等. 陶瓷-金属复合材料在防弹领域的应用研究 [J]. 材料导报, 2007, 21(2): 34–37. DOI: 10.3321/
j.issn:1005-023X.2007.02.009.
HAN H, LI J, JIAO L J, et al. Study on the application of ceramic-metal composite materials in bulletproof field [J]. Materials
Reports, 2007, 21(2): 34–37. DOI: 10.3321/j.issn:1005-023X.2007.02.009.
[4] 冯新畅, 刘希月, 唐宇, 等. TWIP 钢的动态力学性能及变形机制研究 [J]. 稀有金属材料与工程, 2023, 52(5): 1695–1707.
DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220813.
FENG X C, LIU X Y, TANG Y, et al. Dynamic mechanical properties and deformation mechanism of TWIP steel [J]. Rare
Metal Materials and Engineering, 2023, 52(5): 1695–1707. DOI: 10.12442/j.issn.1002-185X.20220813.
[5] HUANG X W, GE J Z, ZHAO J, et al. Experimental and fracture model study of Q690D steel under various stress
conditions [J]. International Journal of Steel Structures, 2021, 21(2): 561–575. DOI: 10.1007/s13296-021-00456-3.
[6] 林超. Fe-Mn-Si-Al 孪晶诱导塑性钢在动态加载条件下的变形机制和组织性能研究 [D]. 成都: 西南交通大学, 2018:
34–37.
LIN C. Investigations on deformation mechanism and microstructure-mechanical property of Fe-Mn-Si-Al TWIP steels under

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