Page 95 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 刘晏东，等： 超高速撞击玄武岩材料的Riemann-SPH仿真参数分析与验证 第 4 期

在当前的撞击速度下，约 50% 的弹丸材料熔化，约 5% 的弹丸材料汽化。这说明弹丸材料的状态方
程和强度模型需要能描述熔化和汽化，即需要考虑相变。因此，无法考虑相变的 Mie-Grüneisen 状态方程
和恒定强度模型不宜使用。因此，Raducan 等 [13] 在 DART 仿真中选用恒定强度模型建模铝球弹丸会引入
模型误差。
综上所述，弹丸选用 Johnson-Cook 模型或 Steinberg-Guinan 模型对仿真结果并无明显影响，金属铝
弹丸发生的相变要求选用考虑了相变的状态方程和强度模型。
3.5 靶体强度模型与损伤模型
不同强度模型下，岩石的剪切强度随压力变化的曲线不同。例如对恒定强度模型，可认为剪切强度
Y M 。同样地，不同损伤模型对损
在任何压力下都等效为内聚力 Y 0 ，而也不存在内摩擦因数 µ 和极限强度
伤机制的描述不同，也会导致不同的结果。
为研究模型选择对参数设置的影响，基于地面实验撞击速度为 3.90 km/s 的仿真算例，对玄武岩靶体
设置 4 种不同的强度模型和损伤模型组合，搜索最符合实验结果的模型参数，结果如表 4 所示，其中 σ bs
为实验样本中玄武岩的静态抗拉强度。工况 1 即为本文中地面实验仿真验证的工况，工况 4 为原撞击实
验给出的靶体仿真参数 [14] ，且所有工况的 μ 均为 0.6。工况 2～4 的靶体损伤如图 9 所示。

表 4 相似结果时的不同工况参数
Table 4 Different case parameters for similar results
工况 强度模型 Y 0 /MPa 损伤模型 σ bs /MPa 坑直径/mm 坑深度/mm β

1 Lundborg 26.5 Benz-Asphaug概率 9.62 48 15 2.19
2 恒定强度 66.0 Benz-Asphaug概率 9.85 38 16 2.20
3 Lundborg 26.5 最大拉应力 33.0 50 15 2.20
4 Drucker-Prager 146.0 最大拉应力 50.0 84 12 2.22

Damage
1.00
0.75
0.50
0.25
0

−0.12 −0.08 −0.04 0 −0.12 −0.08 −0.04 0
z/m z/m
(a) Case 2 (b) Case 3

−0.12 −0.08 −0.04 0
z/m
(c) Case 4
图 9 工况 2～ 4 的靶体损伤（黑色虚线为撞击坑）
Fig. 9 Target damage diagrams of cases 2−4 (the black dotted line is the crater)
与工况 1 相比，工况 2 的恒定强度模型中，得到相似结果时玄武岩的内聚力为 66.0 MPa，与实验相

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