Page 67 - 《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

(a) Impact force validation (b) Chest displacement validation
Velocimeter
Projectile launching Laser displacement
platform sensor

Force sensor

(c) Velocity measuring device (d) Impact device
图 3 冲击实验示意图 图 4 实验布置
Fig. 3 Schematic diagram of impact experiment Fig. 4 Experimental arrangement

2 有限元仿真与验证方法

2.1 建模流程与网格划分
表 4 胸部模型网格划分及单元设置参数
参考 Robbe 等的三肋弹道冲击假人 [24] 对肋
Table 4 Settings for the mesh and unit
骨曲面进行建模，重建了肋骨结构模型，选取中
parameters of the chest model
央 500 mm 弯曲梁段作为建模对象，截面厚度设
部件 单元类型 网格尺寸/mm 单元数
为 10 mm。软组织层建模为长宽各 200 mm、厚
皮肤层 Shell4 1.0 124 622
度 15 mm 的矩形体，皮肤层为同等面积、厚度
软组织层 Hex8-R1 2.0 328 211
1 mm 的薄层。支架采用 10 mm 厚铝合金板并设
肋骨层 Tetra4 1.0 1 120 013
置定位槽，底座采用 20 mm 厚的钢板并设置凹
支架 Hex8 5.0 247 786
形槽以增强稳定性。为兼顾仿真精度与计算效
底座 Hex8 10.0 127 851
率，肋骨层采用四节点线性四面体单元（Tetra4），
脊柱箱 Hex8 5.0 118 385
关键部位如弯曲拱顶及与支架的连接区域实施
局部加密，平均网格尺寸为 1.0 mm。软组织层
表 5 4 类典型弹丸模型网格划分与单元设置参数
由于应力分布较为均匀，采用八节点六面体单元
Table 5 Mesh discretization and element settings
（Hex8-R1），平均网格尺寸为 2.0 mm。皮肤层使
for four typical projectile models
用四节点壳单元（Shell4），厚度为 1 mm，面网格
弹体类型 部件 单元类型 网格尺寸/mm
与软组织边界兼容，网格尺寸为 1.0 mm。支架、
SIR-X 弹头 Hex8 1.0
底座和脊柱箱均采用实体六面体单元（Hex8），支
SIR-X 弹托 Hex8 2.0
架网格尺寸为 5.0 mm，底座网格尺寸为 10 mm，
NS 弹头 Hex8 1.0
脊柱箱网格尺寸为 5.0 mm。各类弹丸的弹头和
NS 弹托 Hex8 2.0
弹托（弹尾）均以实体六面体单元建模，网格尺寸
CONDOR 弹头 Hex8 1.0
分别设定为 1.0 和 2.0 mm。具体单元数量和划
CONDOR 弹托 Hex8 2.0
分参数如表 4～5 所示。
RB1FS 弹体 Hex8 1.0
2.2 仿真材料模型
为保证物理模型实验与数值仿真之间的参数一致性，有限元模型中各部件所采用的材料参数均依
据实验材料的力学性能进行设置，并在 LS-DYNA 平台中选取相应的材料本构模型加以实现。皮肤层为
薄层硅胶，主要表征弹丸—胸壁接触界面及局部约束效应。考虑到本文关注胸壁整体变形与载荷传递
特征，为降低参数标定工作量，皮肤层采用近不可压缩线弹性模型。软组织层采用开孔聚氨酯泡沫材
料，其力学行为以非线性压缩变形和显著的能量吸收特性为主。为准确模拟该类材料的压缩响应，软组

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