Page 47 - 《爆炸与冲击》2026年第3期
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第 46 卷 文 肯，等： 杆状弹丸头形对其超高速撞击薄板的影响分析 第 7 期
图 3(b)～(c) 为对称剖面的压力云图，展现了材料内冲击波传播情况。当冲击波到达弹丸背面时，将产生
反射稀薄波，该反射稀疏波与冲击波后的追赶稀疏波相互作用，造成弹丸尾部破碎（层裂）。对于长杆弹
丸，弹丸内的冲击波在达到弹丸尾部前已被完全卸载，弹丸尾部通常保持完整。
碰撞后，碎片云在惯性作用下自由扩散，典型情况如图 3(d) 所示。图 3(d) 为对称剖面的材料损伤状
态，展示了材料的破碎失效情况。
Material location Pressure/Pa
1×10 10
2Al2 Al
9×10 9
Al2-6061Al 8×10 9
7×10 9
6×10 9
5×10 9
4×10 9
3×10 9
2×10 9
1×10 9
0
(a) Projectile head about to contact plate (b) Projectile head impacts the plate, shock waves propagate
into materials
Pressure/Pa
1×10 10 Material status
9×10 9 Void
8×10 9 Hydro
7×10 9
Elastic
6×10 9
Plastic
5×10 9
Bulk fail
4×10 9
Failed 11
3×10 9
2×10 9 Failed 22
1×10 9 Failed 33
0
(c) Shock waves continuously propagate and attenuate by (d) Head and tail of rod fragment, and a debris cloud forms
the rarefaction waves from projectile sides and plate back and diffuse inertially
图 3 杆状弹丸超高速撞击薄板的典型碰撞过程
Fig. 3 Typical collision process for hypervelocity impact
2.2 冲击波传播和材料失效模拟
撞击速度为 3.3 km/s、弹丸长径比为 2∶1 时的冲击波传播、弹丸失效情况（碎片云特性）如图 4 所
示。受弹头形状影响，弹丸与薄板发生碰撞时，弹丸头部各位置与薄板正面碰撞的时序特征会发生变
化。各工况的冲击波强度从大到小依次为：S113、S111、S114、S112、S115、S116。冲击波的变化会引起
弹丸尾部的材料失效和破碎程度发生变化。各工况弹丸尾部的失效程度由强到弱依次为：S113、S111、
S114、S112、S115、S116，该排序与弹丸内冲击波强度排序一致。
表 3 中其他几组工况在撞击过程中的冲击波传播状况与图 4 类似。长径比增大时，弹丸冲击波受
到的侧向卸载更强烈，导致弹丸尾部的失效程度明显减弱。撞击速度升高时，弹丸内冲击波初始压力、
速度明显升高，导致弹丸头部、尾部的失效和破碎程度显著增强。
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