Page 186 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 朱 擎，等： 细长薄壁弹冲击下高强钢-混凝土复合结构的厚度极限计算模型 第 7 期

1.3 复合结构破坏/抵抗模式
试验中复合靶破坏现象表明，弹体无法对
高强钢形成局部侵入，高强钢穿甲模式为局部剪
v i
切冲塞，而混凝土背板则是沿厚度方向发生锥形
剪切冲塞；在未穿透情况下，高强钢呈现局部剪
切变形。这与文献 [23] 的试验结果一致，不同的
是弹体结构可能会在冲击中发生结构性破坏。 F τ F τ High-strength steel
图 6 给出了高强钢-混凝土复合结构抵抗弹体冲 F c
Shear crack Reinforced concrete
击的抵抗模式：
(1) 高强钢抵抗了弹体局部侵入，钢板在弹
体冲击下发生局部剪切变形，当冲切深度达到极
限时发生剪切冲塞破坏；混凝土背板在钢板背面
提供支撑，帮助高强钢抵抗冲切变形，其穿甲模 图 6 高强钢-混凝土复合结构的破坏/抵抗模式
式为沿厚度方向的锥形剪切冲塞破； Fig. 6 Failure/resistance modes of high-strength
steel-concrete composite structures
(2) 高强钢弥补了混凝土材料强度不足的缺
陷，阻止了局部侵入效应，混凝土背板弥补了钢板较薄而带来的刚度缺陷，限制了钢板的弯曲和膜变形，
二类材料相互作用，优势互补；
(3) 复合结构通过高强钢局部环向剪力 F 和背板支撑力 F 来抵抗弹体的冲击。
c
τ
2 厚度极限计算模型

2.1 完整弹体冲击下的厚度极限计算模型
靶板厚度极限是指在特定弹体以预设速度冲击下，靶体能够抵御弹体侵彻作用的临界厚度值，此时
靶体对应于临界穿甲状态，即弹体停止运动，靶体刚好穿透。该指标在防护结构的性能评估、设计优化
及材料选型等方面具有重要的指导意义。针对本研究的高强钢-钢筋混凝土复合防护结构，其厚度极限
是指该复合结构在承受特定弹体冲击过程中，刚好实现有效防护的临界厚度组合，厚度极限组合包含高
强钢厚度极限 h 和钢筋混凝土背板厚度极限 H 。
*
*
文献 [23] 基于实心弹冲击试验，提出了高强钢-混凝土复合结构厚度极限计算模型。模型假设弹体
以速度 v 冲击下，高强钢迅速形成塞块并与弹体达到相同速度共同运动 v ∗ ，弹体和塞块在环向剪力 F 和
i
τ
背板支撑力 F 作用下减速，弹体和塞块运动距离为冲切深度 Δh：
c
4m
v = v i (1)
∗
2
4m+πd hρ s
(2)
F τ = πdhτ s
1
2
F c = πd Kv ∗ (3)
4
ρ c C c ρ s C s
K = (4)
ρ c C c +ρ s C s
式中：m 为弹体质量；d 为弹径；h 为钢板厚度；ρ 为高强钢密度； τ s 为高强钢的抗剪强度，可根据 von
s
√
σ s 为高强钢的抗压强度；K 为冲击系数，与高强钢和混凝土的波阻抗
Mises 屈服准则 τ s = σ s / 3 来确定，
ρ C 和 s ρ C 有关 [24-25] 。
c
s
c
文献 [23] 模型认为高强钢穿甲临界条件是当冲切深度 ∆h 达到钢板厚度 h，即 ∆h = h 时高强钢板发
生穿甲。混凝土背板的穿甲临界条件是当背板支撑力 F 达到混凝土背板抗剪承载力极限 F ：
c
s
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