Page 80 - 《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

Effective stress/Pa Effective stress/Pa
5.439×10 7 4.189×10 7
4.895×10 7 3.770×10 7
4.351×10 7 3.351×10 7
3.807×10 7 2.933×10 7
3.263×10 7 2.514×10 7
2.720×10 7 2.095×10 7
2.176×10 7 1.676×10 7
1.632×10 7 1.257×10 7
1.088×10 7 8.379×10 6
5.439×10 6 4.189×10 6
0 0
(a) SIR-X projectile (b) RBIFS projectile
Effective stress/Pa Effective stress/Pa
5.722×10 7 3.813×10 7
5.150×10 7 3.432×10 7
4.578×10 7 3.050×10 7
4.006×10 7 2.669×10 7
3.433×10 7 2.288×10 7
2.861×10 7 1.906×10 7
2.289×10 7 1.525×10 7
1.717×10 7 1.144×10 7
1.144×10 7 7.626×10 6
5.722×10 6 3.813×10 6
0 0
(c) NS projectile (d) CONDOR projectile
图 17 不同弹丸在 60 m/s 速度冲击下肋骨最大等效应力分布云图
Fig. 17 Distribution of the maximum equivalent stress in ribs under 60 m/s impacts of different projectiles

4 结 论

针对非致命动能弹胸部冲击的伤害评估需求，设计了一种新型三肋胸部物理模型，建立了配套有限
元仿真和实验验证体系，得到的主要结论如下。
(1) 所建三肋胸部物理模型充分结合解剖结构和生物力学参数。在 AEP-99 规定的验证工况（SIR-X
弹丸 56 和 86.5 m/s）下，模型胸壁位移响应和 VC x 判据均落入 AEP-99 推荐区间，仿真与实验的力-时间
ma
与位移-时间响应整体吻合良好，平均误差控制在 20% 以内，表明该模型具有良好的工程适用性与可靠
性。对于弹丸硬度效应，在几何与质量恒定的条件下，硬度由软增至硬时，VC ma x 在 56.0 和 86.5 m/s 工况
下分别升至 0.336 和 0.856 m/s，部分工况超出 AEP-99 推荐上限，表明高能冲击下伤害放大效应显著，应
加强弹丸顺应性控制。
(2) 软组织层厚度对能量吸收和胸壁挠度的控制作用最显著，肋骨层厚度主要影响峰值挠度，皮肤
层厚度对整体响应的影响相对有限。当肋间距在 0.8S ～1.2S 范围内变化时，峰值位移和峰值接触力相
0
0
对基线工况的波动为±6%，VC ma x 的变化幅度为 5.7%～6.2%，整体处于工程可接受范围内，可为替代体几
何公差和标定提供量化依据。

(3) 弹丸结构设计和能量释放机制直接影响胸部损伤风险分布。在相同冲击速度下，NS 弹丸因质
量和动能较大，易引起较大的整体胸壁变形和肋骨应力集中，整体损伤风险最高；CONDOR 弹丸通过泡
沫孔洞结构延缓能量释放，显著降低肋骨峰值应力，安全性较高；SIR-X 弹丸综合表现居中；RB1FS 弹丸
整体位移和 VC ma x 最小，但局部应力集中仍需关注。

071501-19