Page 191 - 《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

坏。这种差异可归因于冲击过程的时长：在冲击 5 mm 钢板时，由于穿甲过程迅速，弹体与靶体的作用时
间较短短，致使弹体轴向塑性压缩变形未达到临界破坏极限，从而未发生破坏，仅表现为膨胀变形；而在
冲击 10 mm 钢板时，因钢板未被贯穿，弹体持续受载时间显著增加，使得轴向塑性变形充分发展并突破
破坏阈值，最终导致胀裂失效。
3.2 厚度极限计算分析

基于本文的高强钢-混凝土复合结构厚度极限计算方法，采用 3.1 节的参数对不同冲击速度下的试
验弹体对应的高强钢和钢筋混凝土背板厚度极限进行理论计算，冲击速度范围为 200～700 m/s。本文的
厚度极限计算模型需要确定高强钢冲塞穿甲的临界冲切比 k ，该值与高强钢材料的冲击韧性相关。根据
s
表 1 给出的冲切深度理论预测值，5 mm 高强钢发生穿透的冲切深度理论预测值为 5.4 mm，冲切比 ∆h/h
为 1.08；10 mm 高强钢未发生穿透，冲切深度实测值为 3.75 mm，冲切比 ∆h/h 为 0.375。由此可初步确定，
高强钢临界冲切比 k 的范围为 0.375～1.08，据此本节临界冲切比 k 暂定为 1.0 进行厚度极限试算。
s
s

图 12 给出了不同冲击速度下钢板厚度和冲
2.0 200 m/s 250 m/s
∆h/h 的计算结果 300 m/s 350 m/s
切比 ∆h/h 的关系，基于冲切比 1.8 400 m/s 450 m/s
∆h/h = k s ）可反推得到高强钢 1.6
和临界穿甲条件（ 500 m/s 550 m/s
1.4 600 m/s 650 m/s
*
厚度极限 h 。图 13 给出了 200～700 m/s 冲击速 1.2 700 m/s
Δh/h i k s =1.0
度下的高强钢厚度极限 h 和 C60 钢筋混凝土背 1.0
*
板厚度极限 H 的理论预测值。随着冲击速度的 0.8
*
0.6
*
增加，h 和 * H 均近似呈线性增加。根据计算结 0.4
果，350 m/s 冲击速度下，高强钢厚度极限 h 的理 0.2
*
论预测值为 5.8 mm，C60 钢筋混凝土背板厚度极 0 5 10 15
限 H 为 * 90.5 mm，对比试验结果，350 m/s 冲击速 Thickness of steel plate/mm
度下，5 mm 高强钢-90 mm C60 钢筋混凝土复合 图 12 不同冲击速度下高强钢冲切比
靶发生穿甲，10 mm 高强钢-120 mm C60 钢筋混 Fig. 12 The punching ratio of high-strength steel plates
凝土复合靶未发生穿甲且混凝土背板背面完好， under different impact velocities
试验结果基本符合厚度极限的预测结果，初步验证了理论模型的合理性。

10 140
131.3 mm
131.3 mm
9.4 mm 126.2 mm
9.4 mm
126.2 mm
8.9 mm
8.9 mm
9 8.3 mm 130 120.9 mm
120.9 mm
Thickness limit/mm 8 7 6.4 mm 7.4 mm Thickness limit/mm 110 90.5 mm 103.7 mm
8.3 mm
120
115.5 mm
115.5 mm
109.7 mm
109.7 mm
7.9 mm
7.9 mm
103.7 mm
7.4 mm
100
97.3 mm
97.3 mm
6.8 mm
6.8 mm
90.5 mm
90
6.4 mm
5.8 mm
83.2 mm
83.2 mm
5.4 mm
5.4 mm
75.3 mm
5 6 5.0 mm 5.8 mm 80 75.3 mm
5.0 mm
70
4.8 mm 66.5 mm
66.5 mm
4.8 mm
4 60
200 300 400 500 600 700 200 300 400 500 600 700
Impact velocity/(m·s ) Impact velocity/(m·s )
−1
−1
(a) High-strength steel (b) C60 reinforced concrete
图 13 不同冲击速度下高强钢与 C60 混凝土板的厚度极限
Fig. 13 Thickness limits of the high strenght steel and the C60 reinforced concrete
backplates at different impact velocities
3.3 讨 论
本文结合细长薄壁弹体冲击过程中的结构强度，进一步优化了高强钢-混凝土复合结构厚度极限计
算模型。针对本文的高强钢-钢筋混凝土复合防护结构及厚度极限计算模型，进行说明和讨论。
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