Page 62 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 第 7 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 7
2026 年 7 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Jul., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0216

一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析 *

罗 贤 ，屈志学 ，郭程旺 ，阳 达 ，陈泰伟 ，蔡志华 1,2
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（1. 湖南科技大学三亚研究院, 海南 三亚 572024；
2. 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201）
摘要： 为系统评估非致命动能弹丸对人体胸部的冲击安全性，设计并制备了一种结构可调、兼容仿真实验的一
体化三肋胸部物理模型。首先通过弹体发射平台，在 29.0 和 61.0 m/s 速度下对 SIR-X 弹丸模型进行了刚性壁动力学验
证，获得的力-时间曲线与北约 AEP-99 标准走廊吻合良好，证明了弹丸模型的可靠性。进一步使用该弹丸进行了 56.0 和 86.5 m/s
速度下的胸部冲击实验，测得胸壁位移及黏性准则的最大值（maximum viscosity criterion，VC max ，β vc,max ）均落入 AEP-99 标
准验证走廊范围内，表明该模型在中低速冲击（≤90.0 m/s）条件下具有良好的动态响应一致性和预测精度。其中 56 和
86.5 m/s 速度下的仿真与试验胸壁位移最大相对误差分别为 16% 和 21%。提高弹丸硬度（从软到硬）在 56.0 和 86.5 m/s
工况下分别使 VC ma 由 x 0.298 m/s 升至 0.336 m/s、由 0.765 m/s 升至 0.856 m/s，高能工况放大效应更显著。肋间距在基准
肋间距的 80%～120% 范围内变化时，对峰值位移和接触力的影响约±6%，VC ma 波动范围为 5.7%～6.2%，整体处于工程
x
可接受范围内。与 SHTIM（surrogate human thorax for impact model）对比，本文模型在 56.0、86.5 m/s 工况下的位移-时间
响应更贴合走廊中线（β vc,max =0.308, 0.803 m/s，均在推荐区间），SHTIM 在高能工况略低于下限，验证了本模型在响应精
度与伤害判据一致性上的优势。针对 NS、CONDOR、SIR-X 和 RB1FS 等 4 种典型弹丸，在 60.0～90.0 m/s 速度范围内开
展系统仿真，揭示了不同弹丸结构和材料对胸部损伤风险的影响机制。高速冲击（100.0～120.0 m/s）下，模型软组织层
主导能量吸收与耗散，肋骨层的峰值应力随冲击速度的升高显著增大并超过屈服极限，存在严重骨折风险。厚度敏感
性分析显示，软组织层的厚度对吸能和变形的调控作用最突出。
关键词： 胸部物理模型；非致命动能弹；黏性准则；高速冲击；损伤风险评估
中图分类号： O347 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Design and impact response analysis of a novel thoracic physical model

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LUO Xian , QU Zhixue , GUO Chengwang , YANG Da , CHEN Taiwei , CAI Zhihua 1,2
（1. Sanya Institute of Hunan University of Science and Technology, Sanya 572024, Hainan, China;
2. Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment,
Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China）
Abstract: In order to systematically evaluate the impact safety of human chest impacted by non-lethal kinetic projectiles
(NLKP), an integrated three-rib thoracic physical model with a configurable structure was developed, which was compatible
with both simulation and experimental testing. The projectile representation was first validated through rigid-wall impacts at
29.0 and 61.0 m/s on a controllable gas-launch platform. The measured force–time histories agreed well with the NATO Allied
Engineering Publication-99 (AEP-99), corridors, confirming the fidelity of the projectile model. Impact experiments on chest
were then conducted using the validated projectile model at 56.0 and 86.5 m/s. The measured chest-wall displacements and the
maximum value of the viscous criterion (VC , β ) fell within the validation corridors specified in the AEP-99,
max vc,max
demonstrating that the proposed model exhibits dynamic-response consistency and predictive accuracy under medium- and

* 收稿日期： 2025-07-14；修回日期： 2025-10-26
基金项目： 国家自然科学基金（12372356）
第一作者： 罗 贤（2001－ ），男，硕士研究生，279165175@qq.com
通信作者： 蔡志华（1981－ ），男，博士，教授，博士生导师，caizhihua003@163.com

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