Page 113 - 《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

主应力对材料抗侵彻能力的积极贡献。b=0.2 主要适用于本研究的试验条件和工程背景，其在不同冲击
角度、速度范围及约束条件下的适用性将在后续工作中进一步研究。

5 结 论

本文通过高速弹体侵彻试验、数值模拟与理论推导相结合的方法，系统研究了天然气管道在高速冲
击作用下的局部损伤机理与塑性区扩展规律，建立了基于统一强度理论的局部损伤塑性半径统一解析
解，主要结论如下。
(1) 高速弹体侵彻试验表明，L415M 天然气管道在冲击作用下表现出显著的塑性屈服特征，其局部
变形区呈现出典型的有限柱形空腔膨胀。有限柱形空腔膨胀模型能够准确描述塑性区扩展规律，与试
验结果对比误差小于 10%，验证了该模型在管道钢材料体系中的适用性。
(2) 基于统一强度理论，管道着弹面塑性半径预测精度受中间主应力系数 b 影响较大。当 b=0.2 时，
理论计算与试验结果最为接近，表明中间主应力的引入可有效修正传统屈服准则在圆柱类对象受冲击
问题中涉及塑性变形计算的偏差。随着 b 的增大，中间主应力效应逐渐增强，导致塑性扩展区范围减
σ 2 的积极作用，以提
小，反映出材料潜在强度的充分发挥。这表明在侵彻分析中应充分考虑中间主应力
高预测模型的物理真实性和工程适用性。
ε f ，建立了基于材料临界断裂应变的损伤统一判定准则。所建
(3) 通过引入材料单向拉伸断裂应变
立的管道着弹面局部塑性半径解析解与中间主应力系数 b 之间存在协调共生关系，随着 b 的增大，材料
等效塑性耗能能力增强，临界断裂应变表现出非线性增长趋势，可为不同应力状态下的损伤评估提供量
化依据。
(4) 本文建立的局部损伤塑性半径统一解能够准确反映弹体侵彻下未加固天然气管道的局部损伤
范围。针对 CFRP 等复合材料加固管道情形，基于本文的推导思路，在进一步考虑加固层-管道界面的力
学行为及协同变形机制前提下，该理论模型可进一步推广至不同壁厚、冲击速度及加固结构的损伤预
测，为长输管道的安全评估与防护优化设计提供理论支撑和工程参考。

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