Page 14 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 杨笑宇，等： 超高强球面结构抗冲击试验研究 第 6 期

有效侵彻深度为 8 cm，以 C40 混凝土为基准 1，超高强球面结构的相对无量纲侵彻深度为 0.11，抗侵彻能
力为未加固靶体的 9 倍。同时，弹体最大偏转角约为 83°，偏转角变化范围达 128°，弹体偏转明显。UHS-

SS 和 C40 的抗侵彻能力对比如表 3 所示。

表 3 UHS-SS 和 C40 的抗侵彻能力对比
Table 3 Comparison of penetration resistance between UHS-SS and C40
加固类型 命中速度/(m·s ) 开裂情况 开坑深度/cm 开坑面积/m 2 偏转角/(°) 弹体质量损失率/% 弹体损伤情况
−1
UHS-SS 403 4条裂缝 0 0 83 23.66 侵蚀严重，折断
C40 405 10条裂缝 72 1.22 0 2.03 定心环丢失，弹体完好

3 结 论

利用 125 mm 口径火炮对超高强球面结构加固靶体进行撞击速度约 400 m/s 的侵彻试验，分析屈服
强度为 1 290 MPa、洛氏硬度为 HRC45 的高强材料以及异形结构联合作用对弹体偏转破碎、靶体开坑的
影响，得到如下结论。
(1) 加固结构表面命中点直接影响弹体的偏转效果，本文基于简化的异形体碰撞受力模型，以攻角
为弹体偏转指标，并采用均匀分布模型考虑异形结构的弹体命中概率，计算求得异形结构表面着靶点与
球心连线关于水平方向夹角的 α=45°～57.3°处为最佳防护点。试验研究表明，400 m/s 的侵彻速度下，超
高强球面结构的无量纲侵彻深度为 0.11，抗侵彻能力为 C40 混凝土的 9 倍，抗侵彻性能优异。
(2) 弹体侵彻超高强球面结构可分为 3 个阶段：第 1 阶段，弹体按照设计路线命中异形结构，伴随明
亮火光，弹体头部出现侵蚀破坏，弹体绕质心转动产生偏转角并达到峰值；第 2 阶段，跳弹后二次着靶，
该阶段弹体被折断，弹头侵蚀严重，弹管继续冲击异形结构；第 3 阶段，侵彻终止阶段，弹管与弹头侵彻
速度降至为零，由于材料压缩所储存的弹性势能，弹体产生飞离靶体的反向速度。
(3) 超高强球面结构具备屈曲、偏转弹体的功能。试验所测弹体偏转角约为 83°，弹头与弹管的过渡
区域在弯剪压受力状态下出现折断破坏。碰撞过程的非对称荷载是弹体绕结构质心转动以及弹体破碎
的关键因素，截面刚度及面积骤缩使得弹头及弹管的过渡区域成为弹体最易损伤部位。弹体的偏转破
碎使其无法侵入结构内部，显著降低了侵爆作用。

参考文献：
[1] FORRESTAL M J, FREW D J, HANCHAK S J, et al. Penetration of grout and concrete targets with ogive-nose steel
projectiles [J]. International Journal of Impact Engineering, 1996, 18(5): 465–476. DOI: 10.1016/0734-743X(95)00048-F.
[2] 邓勇军, 陈小伟, 钟卫洲, 等. 弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究 [J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(2): 023101.
DOI: 10.11883/bzycj-2019-0001.
DENG Y J, CHEN X W, ZHONG W Z, et al. Experimental and numerical study on normal penetration of a projectile into a
reinforced concrete target [J]. Explosion and Shock Waves, 2020, 40(2): 023101. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0001.
[3] 纪冲, 龙源, 万文乾, 等. 钢纤维混凝土抗侵彻与贯穿特性的实验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2008, 28(2): 178–185. DOI:
10.11883/1001-1455(2008)02-0178-08.
JI C, LONG Y, WAN W Q, et al. On anti-penetration and anti-perforation characteristics of high-strength steel fiber-
reinforced concrete [J]. Explosion and Shock Waves, 2008, 28(2): 178–185. DOI: 10.11883/1001-1455(2008)02-0178-08.
[4] HTET P, CHEN W S, HAO H, et al. Hybrid fibre reinforced recycled aggregate concrete: dynamic mechanical properties and
durability [J]. Construction and Building Materials, 2024, 415: 135044. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.135044.
[5] 刘瑞朝, 吴飚, 张晓忠, 等. 高强高含量钢纤维混凝土抗侵彻性能试验研究 [J]. 爆炸与冲击, 2002, 22(4): 368–372. DOI:
10.11883/1001-1455(2002)04-0368-5.
LIU R C, WU B, ZHANG X Z, et al. Tests on resisting projectiles penetration of high strength volume steel fiber concrete [J].
Explosion and Shock Waves, 2002, 22(4): 368–372. DOI: 10.11883/1001-1455(2002)04-0368-5.

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