Page 72 - 《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

基准工况 S ，当肋间距减小至 0.8S 时，胸壁位移峰值降低 5.2%～5.3%，接触峰值力降低 5.3%～5.9%；而
0
0
当肋间距增大至 1.2S 时，位移峰值提高 5.9%～6.2%，接触峰值力增大 5.8%～6.0%。进一步统计结果（见
0
表 12）发现，在所研究参数范围内，肋间距变化对最大黏性判据的影响幅度为 5.7%～6.2%，整体仍处于
工程可接受范围内。由此可见，三肋模型在考虑肋间距变化后的力学传递规律与真实胸廓相符，验证了
其在胸部非致命动能弹冲击研究中的合理性和稳健性。

表 12 不同肋间距条件下关键冲击响应指标汇总
Table 12 Summary of key impact response indicators under different rib spacings
接触力 位移 黏性准则
−1
冲击速度/(m·s ) 肋间距
−1
峰值/N 差异/% 峰值/mm 差异/% 峰值/(m·s ) 差异/%
2 045 −5.3 10.5 −5.3 0.290 −5.8
0.8S 0
56.0 S 0 2 160 0 11.5 0 0.308 0
2 285 5.8 12.2 6.1 0.327 6.2
1.2S 0
9 980 −5.9 17.9 −5.2 0.757 −5.7
0.8S 0
86.5 S 0 10 615 0 18.9 0 0.803 0
11 250 6.0 20.1 5.8 0.850 5.9
1.2S 0
注：各差异百分比均以基准肋间距S 0 工况对应结果为基准计算。
3 模型验证与结果分析

3.1 胸部模型及子弹验证
为 验 证 弹 丸 仿 真 模 型 与 胸 部 替 代 物 的 生 物 力 学 一 致 性 ， 首 先 采 用 B&T SIR-X 弹 丸 以 29.0 和
61.0 m/s 分别冲击刚性墙，通过力传感器获得的冲击力-时间曲线，并与有限元仿真结果进行对比，如
图 9(a)～(b) 所示。结果显示，仿真与试验获得的冲击力-时间响应均处于 NATO AEP-99 中 SIR-X 弹丸验
证走廊，二者峰值和时序平均误差均控制在 20% 以内。因此，所建弹丸模型可通过刚性壁动力学验证。
进一步参照 AEP-99 胸部替代物标准，使用 SIR-X 弹丸分别以 56.0 和 86.5 m/s 对胸部模型进行冲击，获
取试验和仿真的胸壁位移-时间曲线如图 9(c)～(d) 所示。结果显示，2 种速度下模型位移均落入 AEP-
99 规定的胸部位移验证走廊，模型位移仿真结果与实验结果在 56.0 和 86.5 m/s 条件下的最大相对误差
分别为 16% 和 21%。依据标准公式计算的 VC max ，即：
Å ã
dd(t) d(t)
β vc,max = max(v(t)C(t)) = max (2)
dt d 0
式中：d 为胸腔平均厚度，d(t) 为冲击点的胸腔位移。结果如表 13 所示，均满足 AEP-99 规定的安全区
0
间，说明模型及其仿真方法能用来可靠模拟真实胸部的动力学响应。

2 500 25 000
Boundary Boundary
Simulation Simulation
2 000 Experiment 20 000 Experiment

Force/N 1 500 Force/N 15 000
10 000
1 000
500 5 000

0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 0.2 0.4 0.6
Time/ms Time/ms
(a) Projectile force response curve at 29.0 m/s (b) Projectile force response curve at 61.0 m/s

071501-11