Page 105 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 崔 莹，等： 基于统一强度理论的弹体侵彻天然气管道局部损伤塑性半径统一解 第 6 期

Vibration test point
7.62 mm-caliber rifle Pipeline

Target
Gun mount Light Light plate
curtain curtain
target 1 target 2
Signal
Signal
cable
cable
Protective Protective
shelter shelter Data acquisition
Data
equipment
terminal
图 5 试验现场示意图
Fig. 5 Schematic diagram of the test site

1.3 试验结果分析
试验结果如图 6 所示，步枪弹经过 7.62 枪以 727.2 m/s 的速度侵彻天然气管道，最终弹体钢芯嵌入
天然气管道，着弹区域的塑性半径为 7.5 mm。局部损伤区域可明显区分为空腔、弹塑性区和塑性区。其
中，弹塑性区的表面形态较为光滑，材料主要发生屈服后的协调变形；而塑性区则表现出明显的褶皱与
局部起伏特征，对应材料发生显著塑性流动与应变集中。具体的试验数据如表 3 所示。

Visually smooth region
Cavity
Elasto-plastic zone Boundary between
elastoplastic
Plastic zone and plastic zones
Visually wrinkled region

(a) Diagrammatic sketch of test results (b) Detail enlarged image of the test results

图 6 测量的试验结果
Fig. 6 Test results of measurements

表 3 56 式步枪弹侵彻天然气管道试验数据
Table 3 Penetration test data of type 56 rifle ammunition on natural gas pipelines
−1
弹体质量m/g 管道厚度 r th /mm 撞击速度 v 0 /(m·s ) 塑性半径r/mm
8.1 9 727.2 7.5

2 弹体侵彻天然气管道数值模拟

2.1 材料本构模型
为研究高速弹体侵彻作用下天然气管道的局部响应与损伤特征，本文基于 ANSYS/Workbench 建立
三维显式动力学有限元模型，对管道采用 SOLID164 单元进行离散。管道钢材料选用*MAT_PLASTIC_
KINEMATIC 本构模型以描述其弹塑性力学行为，并结合 Johnson-Cook（J-C）模型对材料在高应变率条件
下的动态失效过程进行表述。管道材料在数值模拟中采用双线性弹塑性本构模型进行描述，其应力-应
变关系如图 7 所示。
该模型将材料响应划分为弹性阶段和塑性阶段：当等效应力小于初始屈服强度时，材料表现为线弹

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