Page 123 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 姚 羿，等： 梯度陶瓷球复合装甲的抗弹性能 第 7 期

显著增加计算量。为简化模型并提高计算效率 [12] ，暂不考虑陶瓷/金属界面效应的影响，对相邻陶瓷球与
金属单元采用共节点处理。忽略界面效应可能对陶瓷球局部破坏形态和裂纹演化产生一定影响，但对
弹体侵彻路径、侵彻深度等整体响应影响相对较小。弹靶接触采用面面侵蚀算法，并分别定义其切向和
法向接触行为，靶板四周边界施加固支约束。由于各对比工况均采用一致的界面假设，该简化不会改变
不同结构方案之间抗弹性能对比的主要结论。

Position 1
Position 2
Position 3

(a) Close-packed hexagonal structure and different impact positions

(b) Positive gradient ceramic ball model (c) Negative gradient ceramic ball model
图 5 梯度陶瓷球铝合金复合靶板有限元模型
Fig. 5 Finite element models of gradient ceramic-ball aluminum alloy composite target

(a) d=5.8 mm (b) d=8.0 mm (c) d=9.8 mm

图 6 3 种不同陶瓷球尺寸的均布陶瓷球模型
Fig. 6 Three uniformly distributed ceramic ball models with different ceramic-ball sizes

2.2 材料模型
金属材料均采用 Grüneisen 状态方程和 Johnson-Cook (JC) 本构模型 [22] 来描述，具体参数见表 3，其
中 ρ 为材料密度，G 为剪切模量，A、B、C、n、m 为材料常数，T 为材料熔点，c 为材料比定压热容，D ～
p
m
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D 为材料的失效参数，c 为波速，a 为对 γ 的一阶体积修正，S 为线性 Hugoniot 系数。基于实验获得应
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1
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力-应变曲线，确定了 T12A 钢和 7075 铝合金的 JC 本构模型参数 A、B 和 n。
为描述陶瓷在高速冲击载荷作用下的动态响应，采用 Johnson-Holmquist 本构模型（JH-2 模型）对其
进 行 描 述 [24] ， SiC 陶 瓷 球 的 具 体 材 料 参 数 [25] 如 表 4 所 示 。 其 中 a、 b、 c、 N、 M 为 材 料 常 数 ， σ HE L 为
Hugoniot 弹性极限，d ～d 为损伤常数，K 为体积模量，K 、K 为状态方程参数。
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