Page 125 - 《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

R 1 =6.0 mm R 1 =5.5 mm

R 2 =6.0 mm
R 2 =6.5 mm
(a) First-layer ceramic ball simulated damage result (b) First-layer ceramic ball experimental damage result

R 2 =15.0 mm R 2 =17.5 mm

(c) Sixth-layer ceramic ball simulated damage result (d) Sixth-layer ceramic ball experimental damage result
图 8 仿真与实验陶瓷球损伤对比
Fig. 8 Comparison of damage in simulated and experimental ceramic balls
3 结果与讨论

3.1 陶瓷球尺寸和着弹点对损伤范围的影响
根据全尺寸陶瓷球复合靶板的计算结果显示，陶瓷球复合靶板的损伤范围与陶瓷球的尺寸和着弹
点密切相关，弹体在侵彻时造成的破坏主要集中在靶板的局部区域，周边仅有弹性变形。因此，为提高
计算效率，在数值模拟中将靶板尺寸简化为 50 mm×50 mm×55 mm，弹速设为 850 m/s。
弹体侵彻陶瓷球复合靶板过程中，呈现出“开坑-穿孔”复合损伤模式。高速撞击瞬间，弹靶界面
产生强冲击波。接触点处极高的压应力首先导致表层陶瓷球发生冲击破坏，形成初始弹坑。随着弹体
持续侵入，弹靶接触面积逐渐增大，导致剪应力相对减小，靶板材料在弹头作用下进一步破碎成细小颗
粒并分布于弹体周围，形成侵彻通道。弹体与破碎颗粒之间的摩擦和相互作用持续耗散动能。在高速
撞击作用下，靶板背面会产生强拉伸波。当入射压缩波与背面反射的拉伸波在靶板内部叠加形成的拉
伸应力达到材料的临界破坏强度时，复合靶板背面的部分材料发生拉伸断裂，产生层裂现象。
3 种尺寸的陶瓷球复合靶板在不同着弹点侵彻情况下的复合靶板损伤区如图 9 所示。为定量表征
损 伤 程 度 ， 引 入 损 伤 体 积 V 作 为 评 价 指 标 ， 其 中 V 、 V 和 B V 分 别 表 示 陶 瓷 球 直 径 为 5.8、 8.0 和
C
A
9.8 mm 的复合靶板损伤体积，下标 1、2 和 3 对应 3 种不同着弹点位置；损伤体积通过统计数值模型中发
生失效（侵蚀）的单元体积获得，图中红色区域即为损伤区。针对 3 种尺寸陶瓷球复合靶板的着弹点损
伤区进行分析，当着弹点位于位置 2 时，损伤体积呈现系统性增大趋势：V A 2 较 V A 1 和 V A 3 分别增大
4.45% 和 5.09%（图 9(a)），V 较 2 V 和 1 V 分别增大 5.59% 和 7.10%（图 9(b)），V 较 2 V 和 1 V 分别增大
3
3
B
B
C
C
C
B
8.17% 和 5.94%（图 9(c)）。这揭示了结构非均匀性是影响损伤演化的核心控制因素，损伤区范围与陶瓷
球直径显著正相关，随陶瓷球尺寸的增大，靶板损伤区域持续扩展；同时，大尺寸陶瓷球会加剧靶板结构
的非均匀性，导致其对着弹点位置的敏感性显著增强，表现为损伤区变化幅度的剧烈提升，陶瓷球直径
为 9.8 mm 的复合靶板的波动差值最大可达 8.17%。随着陶瓷球直径的增大，靶板内部损伤区域呈现出
更明显的空间不对称分布特征，如图 9 所示，损伤区在厚度方向和面内方向的扩展尺度差异进一步增
大，表明结构响应的非均匀性显著增强。从图 9 所示的损伤形貌可以看出，不同尺寸陶瓷球在侵彻作用
下表现出明显差异的破坏特征。对于小尺寸陶瓷球，其在弹体冲击作用下集中的碎裂区不容易扩展，而
随着陶瓷球直径的增大，陶瓷球更倾向于发生局部破碎与径向裂纹扩展，从而促使损伤区域在面内方向
进一步扩展。

073301-8