Page 74 - 《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

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Simulation
10 000

Force/N 5 000 Displacement/mm 25
60.0 m/s 20
15
10
5 Experiment [7]
Experiment [7] Simulation
0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.5 1.0 1.5
Time/ms Time/ms
(e) NS projectile force response curves (f) NS projectile displacement curves
图 10 不同弹丸的仿真结果与 Ndompetelo 等 的实验结果的对比验证
[7]
Fig. 10 Comparison between numerical simulations and experimental results
[7]
reported by Ndompetelo, et al for different projectiles

3.2 与现有胸部模型的对比
为进一步定量评估所建三肋胸部物理模型在动态响应和伤害指标预测方面的性能，选取典型胸部
替代模型 SHTIM（synthetic human torso impact model） [24] 作为对比对象。SHTIM 是一种已在多项研究中
基于 NATO AEP-99 指标体系进行验证的典型胸部替代模型，能够较准确预测胸部变形与损伤指标，因
此具有代表性。
图 11 给出了在 56.0 和 86.5 m/s 工况下，本研究有限元模型与 SHTIM 的胸壁位移-时间曲线对比。
结果表明：2 种模型得到的胸壁位移-时间响应曲线整体均落入 AEP-99 规定的验证走廊范围内，但本模
型在峰值位移幅值及上升阶段与走廊中心线的贴合程度更高，时程响应也更接近实验观测。相比之下，
SHTIM 曲线在峰值阶段存在一定低估，且衰减阶段与中线偏差较大。

25
12.5 AEP-99 validation corridor AEP-99 validation corridor
Proposed model simulation Proposed model simulation
SHTIM simulation 20 SHTIM simulation
10.0
Displacement/mm 7.5 Displacement/mm 15

10
5.0
2.5 5

0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0
Time/ms Time/ms
(a) 56.0 m/s (b) 86.5 m/s

图 11 三肋胸部模型与 SHTIM 在 56.0、86.5 m/s 冲击速度下的胸壁位移-时间曲线对比
Fig. 11 Comparison of chest wall displacement-time curves between the proposed three-rib model
and the SHTIM at the impact velocities of 56.0 and 86.5 m/s

表 14 总结了两模型在不同工况下的最大黏性准则 VC max 。结果表明：本模型在 56.0 和 86.5 m/s 工
况下的 VC ma x 分别为 0.308 和 0.803 m/s，均位于 AEP-99 推荐的阈值区间（0.28～0.32 m/s 和 0.78～0.85 m/s），
与实际伤害风险映射高度一致。而 SHTIM 的 VC x 分别为 0.32 和 0.77 m/s，其中在高能工况下略低于区
ma
间下限，表现出一定的偏离趋势。
综上，本文提出的三肋胸部模型在胸壁动态位移响应的拟合精度以及伤害判据 VC x 的预测一致性
ma
方面，整体上优于现有 SHTIM 模型，从而进一步表明其在非致命动能弹冲击伤害评估中的可靠性和适
用性。

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