Page 125 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 位国旭，等： 钽合金EFP靶后破片的空间散布特性 第 5 期

片的分布通常具有随机性。
通常以验证靶上距离中心穿孔最远处破片 16 1
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的半径来计算最大飞散角，但由于“环状破片”
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的影响，并不能真实反映靶后破片的最大飞散
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角。为定量描述靶后破片的散布特性，将验证靶
进行分区，环向沿顺时针方向将验证靶均分为 12 5
16 个区域；径向分成间隔 25 mm 的同心圆，用来 11 6
快速确定各个破片的飞散角，图 5 为验证靶分区 10 7
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示意图。
将各个区域的穿孔数量按降序排列，选取
图 5 验证靶分区示意图
数量最多的前 6 个区域用来确定每个区域中破
Fig. 5 Schematic diagram of witness plate zoning
片的最大飞散半径 R max ；然后将这 6 个最大半径
R max ；最后，根据主靶板与验证靶之间的距离以及靶板厚度计算平均最
取平均值，得到平均最大飞散半径
β ：
大飞散角 max
R max
β max = arctan (1)
H +h 0
式中：H 为主靶板与验证靶之间的距离，h 为主靶板厚度。根据式 (1) 计算得到的靶后破片的平均最大
0
飞散角为 22.24°。

2 数值模拟方法及模型

2.1 数值模拟方法
黄炫宁 [21] 等、邢柏阳 [9-11] 等均采用 SPH 算法来模拟 EFP 穿靶形成靶后破片的过程，证明了 SPH 算
法在模拟靶后破片生成方面的优势。因此，本文中采用相同的数值模拟方法建立钽合金 EFP 垂直侵彻
靶板的数值模拟模型。

在建立数值模型之前，需要确定 EFP 的结
构特征，图 2(b) 中 X 射线照片仅能获得成型后
EFP 的轮廓特征，无法反映出 EFP 的内部结构特
Simulation
征，因此，在图 2(b) 中获得的 EFP 形状的基础
上，结合数值模拟分析建立了用于侵彻分析的 Lagrange model SPH model
EFP 结构。采用流固耦合算法对 EFP 成型过程 Experiment
开展数值模拟，得到的 EFP 如图 6 所示。数值模
图 6 EFP 数值模拟模型的建立过程
拟得到的 EFP 长度 l、最大直径 d 分别为 30.04、
Fig. 6 Establishment process of the EFP simulation model
16.16 mm；试验得到的 EFP 长度 l、最大直径 d
分别为 28.39、15.51 mm，二者的相对误差均不超过 10%。
图 6 为 EFP 数值模拟模型的建立过程，可以看出，数值模拟与试验得到的 EFP 长度与最大直径十分
接近，仅 EFP 尾裙部分存在些许差异，考虑到 EFP 实际成型过程中尾裙可能发生断裂，因此，结合试验结
果对数值模拟结果进行了调整，得到了用于侵彻分析的 EFP 模型。
此外，考虑到靶后破片的分布并不是完全对称的，为完整描述靶后破片的形成过程，建立了全模型
来进行数值模拟计算。若 EFP 和靶板均采用 SPH 粒子进行离散，SPH 粒子数过多会导致求解效率低下，
甚至会由于内存分配不足而导致计算终止。为克服以上缺点，采用 FE-SPH 固定耦合算法 [22] ，EFP 以及
靶板大变形区域使用 SPH 粒子离散，其余区域使用有限元网格离散，建立的数值模拟模型如图 7 所示，
为方便显示 SPH 粒子与有限元网格之间的耦合方式，仅显示了 1/2 实体模型。

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