Page 7 - 《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

[27]
表 2 UHS-SS 材料（30CrMnSiNi2A）的力学参数
Table 2 Mechanical parameters of UHS-SS material 30CrMnSiNi2A [27]

−3
密度/(kg·m ) 洛氏硬度 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% 断面收缩率/% 屈服强度/MPa 硬化系数/MPa 硬化指数 应变率灵敏系数
7 850 HRC45 1 400 12 58 1 270 810 0.48 0.04

异形结构的曲面构造是诱导弹体偏转的关
Screw Welding
键因素，侵彻过程中，非对称力的大小及其持续 position
时间将影响弹体最终偏航。本文中设计的异形
结构由球状曲面与平面底板 2 部分构成，当着靶
点位于底部非曲面时，命中瞬间，结构平面状态
及材料的均匀性使得横向力趋于零，弹体头部主
要承受轴向阻力，弹体姿态较稳定。假设弹体命 l=400 mm
r =100 mm
中点位置均匀分布，对结构曲面偏航防护概率进 l=400 mm
行评估，结构上部球冠交错布置，其曲面投影部
分与整体投影部分之比即为结构偏航防护概率，
图 3 超高强球面结构
如图 4 所示，结构尺寸参数见图 3。
Fig. 3 Ultra-high-strength spherical structure
z

h

t
S C
r 60° S

图 4 曲面偏航概率
Fig. 4 Yaw probability on curved surface of UHS-SS
2
2
2π[r −(r −h+t) ]
3S C
ρ p = ×100% = √ ×100% (1)
S 3z 2
式中：r 为露出球冠半径，t 为底板厚度，h 为结构最大厚度，z 为相邻球冠球心距离，S 为投影面积，ρ 为结
p
构偏航防护概率，S 为结构上部曲面在底部的投影面积。由式 (1) 计算得到本文设计的结构偏航防护概
C
率为 68%。
1.4 着靶点设计
弹体的初始入射状态对其最终攻角有较大影响，为体现超高强球面结构在弹体侵彻过程中对弹体
的偏航效果，基于接触理论与概率统计，本文对弹体的初始命中姿态与命中点位置进行计算设计。当弹
体撞击球形体最高点以及底板非曲面部位时，弹体不产生平动和转动，即攻角为 0°，着靶点应在超高强
球面结构曲面范围内。将弹体与异形体撞击问题简化为弹体与固定半球体的斜撞击问题来考虑，即异
形体简化为半球状，如图 5 所示。
基于上述弹体与异形体撞击时的受力模型，陈万祥等 [28] 、刘瑞朝等 [29] 对弹体碰撞的攻角效应分别
进行了理论研究，文献 [29] 中，弹体垂直入射，初始攻角为 0°，考虑弹体重力及接触点处碰撞力构成平面
力系的假设与试验较符合。假设弹体材料及异形体材料足够强，球体只有法向变形没有切向变形，且球
面足够光滑，忽略切向接触力 f ，引入恢复系数 e 对局部的塑性变形以及材料破碎后的残余强度进行处
0
τ
理，攻角 δ 的表达式 [26, 29] 为：

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