Page 65 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 罗 贤，等： 一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析 第 7 期

择能够覆盖国内典型类别。未纳入的布袋弹/染色弹将在后续工作中补充其与海绵/橡胶弹的对比评
估。这一设计覆盖了当前主流非致命弹丸的代表性类型，有助于全面评估不同结构和材料下胸部伤害
风险，具体弹丸结构如图 2 所示。
[7]
Plastic body Foam nose

32.6 mm
40.2 mm

62.2 mm
Geometry Mesh
18.3 mm

16.5 mm
42.5 mm
SIR-X projectile RBIFS projectile
Plastic body Foam nose Plastic body Foam nose
38.6 mm 32.9 mm

40.1 mm 40.2 mm

66.2 mm 62.2 mm
Geometry Mesh Geometry Mesh

2 mm 3 mm

NS projectile CONDOR projectile
图 2 4 种典型弹丸的结构 [7]
Fig. 2 Four typical types of projectilesʼ structures [7]

1.2 材料选型与力学匹配依据
本胸部物理模型各层材料选型充分参考了人体各组织在典型冲击工况下的力学性能。首先，前胸
皮肤（含真皮）在 0%～30% 应变区表现为初始体模量 0.03～0.06 MPa，具有黏弹性及良好弹性回复特性 。
[19]
为再现皮肤层的初始缓冲和应变行为，选用高延展性硅胶作为模拟材料，其杨氏模量范围为 0.01～
0.05 GPa，断裂伸长率大于 600%，可有效模拟皮肤在低速冲击下的弹性响应 [20] 。软组织层主要由脂肪和
肌肉构成，在 10%～30% 应变区的压缩模量为 0.5～2 MPa，表现为初始弹性-后续平台的双阶段缓冲
模式 [21] 。目前文献 [22] 中 10% 明胶和发泡聚丙烯（expanded polypropylene, EPP）泡沫作为软组织替代物
时偏软，难以满足 NLKP 冲击能量分散的要求。本研究借鉴 3RBID 模型设计，采用聚氨酯泡沫作为软组
织层，有效提升能量吸收和应力分散能力 。肋骨层参考成人皮质骨的弹性模量（10～20 GPa）及极限强
[6]
度（100～150 MPa），选用 PA66+GF30，其密度约为 1.65 g/cm ，拉伸模量为 7～15 GPa，泊松比为 0.35，可
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较好还原人体肋骨的刚度和抗弯特性 [23] 。支架部分采用 6061-T6 铝合金，兼具高强度和优良加工性能，
底座选用 316 不锈钢以保证整体刚度和抗腐蚀性。脊柱部位可辅以 ABS 材料完成配重与结构固定。上
述材料选型均基于力学参数和人体组织的合理匹配，确保模型在冲击实验中的响应具备生物仿真度和

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