Page 124 - 《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

表 3 金属的 JC 模型参数
Table 3 JC model parameters for metals
材料 ρ/(kg·m ) G/GPa A/MPa B/MPa n C m T m /K c p /(J·kg ·K )
−1
−1
−3
T12A 7 850 77 3 500 9 900 0.16 0 1 1 793 477
7075铝 2 780 28 369 684 0.73 0.008 6 1.7 775 880
603钢 [23] 7 850 77 830 660 0.36 0.006 0.804 1 793 447

材料 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 c 2 /(m·s ) a 2 S 1
−1
T12A 1.4 0 0 0 0 4 569 0.46 1.33
7075铝 0.112 0.123 1.5 0.007 0 3 173 0.46 1.49
603钢 [23] 0.34 407 7.322 0 0 4 569 0.46 1.33

表 4 碳化硅陶瓷的 JH-2 模型参数 [25]
Table 4 JH-2 model parameters for SiC ceramics [25]
−3
ρ/(kg·m ) G/GPa a b c M N σ HEL /GPa d 1 d 2 K 1 /GPa K 2 /GPa K 3 /GPa
3 160 183 0.96 0.35 0 1 0.65 14 0.48 0.48 204 0 0

2.3 仿真结果验证
复合靶板的最终侵彻结果如图 7(b) 所示，前发弹体冲击未能穿透复合靶板，弹速降为零时侵彻深度
约为 37 mm，与实验结果（46 mm）相比相对误差为 19.6%；后发弹体冲击则穿透复合靶板，在后效板上形
成侵彻深度约为 6 mm 的侵坑。基于仿真数据计算得到的复合靶板的平均密度为 2.91 g/cm ，防护系数
3
为 1.41，与实验测得的防护系数（1.6）相比相对误差为 11.9%。图 8(b)～(d) 分别展示了仿真模型与实验
中第 1 层和第 6 层陶瓷球的损伤形貌，其中 R 和 1 R 分别表示前后 2 发弹体冲击导致的损伤区域的半
2
径，前发弹体冲击下第 1 层陶瓷球仿真损伤区（6.0 mm）与实验损伤区（5.5 mm）的相对误差为 9.1%；全装
药弹冲击下，第 1 层陶瓷球仿真损伤区（6.5 mm）与实验损伤区（6.0 mm）的相对误差为 8.3%，第 6 层陶瓷
球仿真损伤区（15 mm）与实验损伤区（17.5 mm）的相对误差为 14.3%。仿真结果与实验结果在侵彻深
度、防护系数及多层陶瓷球损伤形貌等关键指标上的误差均控制在 20% 以内，能够较合理地反映复合
靶板的抗弹响应特征。其中误差的主要来源包括：一是实验中的陶瓷球尺寸存在±0.5 mm 的加工误差所
带来的计算误差；二是子弹材料本构模型参数拟合造成的误差；三是采用体素化方法的近似细观有限元
模型造成的几何特征误差，在保持陶瓷球几何分布特征的同时，未考虑陶瓷/金属界面损伤与球体真实表
面缺陷，从而在一定程度上简化了局部细观破坏行为。总之，通过与实验结果对比验证，本文的数值模
拟可用来预测复合靶板的抗弹性能及靶板中陶瓷球的损伤破坏。

L

100 mm

(a) Two impact points (b) Final deformation of bullet penetrating target
图 7 子弹侵彻靶板示意图
Fig. 7 Diagrams of bullet penetrating target

073301-7