Page 11 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 彭 建，等： 核级不锈钢Z2CN18.10的Johnson-Cook本构模型和失效准则 第 8 期

的巨大瞬时压差，驱动弹体沿炮管加速滑行。弹体到达炮口时，通过与之固连的中心开孔挡板装置实现
承载壳体（弹托）的剥离。弹体离开弹托后的瞬时速度，通过设置在弹体飞行路径侧向的高速摄像机进
行精确测量。靶板表面以撞击中心为原点设置 3 组径向测点（S1～S6），每组双片呈 90°对称分布于 5、
10、15 cm 半径处。靶板 4 个角安装力传感器，记录靶板支撑点的冲击力响应。
高速冲击实验的试样为 400 mm×400 mm×2 mm 规格的 Z2CN18.10 奥氏体不锈钢方形靶板，通过压框
与底框的四边螺栓连接结构实现刚性夹持固定；底框经力传感器刚性锚固于实验台基座，形成完整的冲击
载荷传递路径，如图 10 所示，实验工况见表 3。实验的弹体采用球体，材料为轴承钢，直径为 30.0 mm；弹
托采用塑料聚乳酸（PLA）材料进行 3D 打印而成，外径为 77.5 mm，内径为 32.0 mm，高度 50.0 mm，内孔
深度为 45.0 mm，如图 11 所示，实验前将弹体装入弹托孔内进行组合，然后将组合体放入空气炮炮管。

Bottom frame Fixing bolt Pressure frame
Target plate specimen

图 10 平板靶板试件及夹具
Fig. 10 Plate target specimen and fixture

表 3 高速冲击实验工况
Table 3 Cases for high-speed impact experiments
工况 弹体直径/mm 弹体形状 弹体速度/(m·s ) 弹体材料 靶板规格 靶板厚度/mm 靶板材料
−1
1 30 球形 202 轴承钢 400 mm×400 mm 2 Z2CN18.10
2 30 球形 254 轴承钢 400 mm×400 mm 2 Z2CN18.10

Sabot

Projectile
body

图 11 弹体及弹托组合
Fig. 11 Projectile and sabot assembly

2 结果与讨论

2.1 准静态和动态拉伸实验结果
图 12 给出了核级不锈钢 Z2CN18.10 在 25、200 和 400 ℃ 下，不同应变率条件下的真实应力-应变响
应。结果表明，在各温度下，材料的流动应力均随应变率的提高而显著增大，显示出明显的应变率敏感
性，反映了该材料在动态载荷下具有典型的应变率强化机制，可能与位错运动速率相关机制有关。需注

081001-8