Page 79 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 丁肇银，等： 非金属内肋增强粉末式破门弹的侵彻效应与附带损伤特性 第 8 期

2.2 模拟方法

PA6 材质薄壁圆筒与 45#钢靶板可当作连续介质，通过有限元法（finite element method，FEM）来模拟
内肋薄壁圆筒侵彻钢靶的过程。圆筒空腔内填充的金属颗粒具有流动性，更适合采用离散元法（discrete
element method，DEM）模拟其运动行为，将金属粉末看作离散系统，任意两个金属粉末颗粒之间的接触为
无穿透的刚性接触 [34-35] 。在 ABAQUS 中，FEM 和 DEM 可以通过内置接触算法进行耦合，可将 DEM 颗
粒视为刚体或可变形体，并通过接触算法与 FEM 网格进行交互，选用通用接触或自定义接触模型来处
理 FEM 网格与 DEM 颗粒之间的力和位移传递。
在金属粉末的离散元模型中，通过在输入（input）文件中设置 PD3D （discrete particle 3D element）单元
对颗粒进行定义，用实际的材料性能参数来定义颗粒的材料参数，如密度、杨氏模量、泊松比等 [36] 。此
外，还需定义颗粒与颗粒之间、颗粒与表面之间的接触关系，颗粒与表面之间的摩擦系数为 0.15，颗粒与
颗粒之间的相互作用采用赫兹接触模型模拟 [37] 。赫兹接触模型建立了接触力 F 与任意两个金属粉末颗
粒之间的穿透位移的关系：
4 √ √
F = E R δ 3 (2)
3
R 1 R 2
R = (3)
R 1 +R 2
1 1−V 1 2 1−V 2 2
= + (4)
E E 1 E 2
2
1 E 2 、V 为接触粒子 1 和 R 1 和R 2 分别为接触的金属颗粒 1 和
式中： E 1 、V 和 2 的有效杨氏模量及泊松比， 2
的半径。采用罚函数法求解颗粒表面与壳体表面、靶板表面的相互作用。
3 结果与讨论

3.1 弹道测试结果
在弹道枪试验中，试验弹的发射速度主要通过调控弹道枪的气压来控制。弹道枪试验共进行了
14 发，试验弹的动能 E 范围为 721.7～1 806.4 J，主要试验结果如表 2 所示，其中，m 为质量，v 为速度，
k

表 2 不同弹丸的试验结果
Table 2 Test results for different projectiles
编号 种类 m/g v/(m·s ) E k /J h/mm 钢靶状态 松木板状态
−1
1# S-1-W 90.2 182 1 493.9 2 穿透 穿透
2# S-2-W 82.1 153 960.9 2 穿透 穿透
3# S-1-Fe 31.2 304 1 441.7 2 穿透 未穿透
4# S-1-Fe 31.2 340 1 806.4 2 穿透 穿透
5# S-1-Fe 31.2 297 1 376.1 2 穿透 未穿透
6# S-1-Fe 31.2 275 1 179.8 2 未穿透 未穿透
7# S-1-Fe 31.2 315 1 547.9 2 穿透 未穿透
8# S-2-Fe 27.5 270 1 002.4 2 穿透 未穿透
9# S-2-Fe 27.6 246 835.1 2 未穿透 未穿透
10# S-2-Fe 27.4 276 1 043.6 2 穿透 未穿透
11# S-3-Fe 23.9 291 1 101.9 2 穿透 穿透
12# S-3-Fe 23.9 286 977.5 2 穿透 开裂
13# S-4-Fe 20.4 266 721.7 2 穿透 开裂
14# S-4-Fe 20.5 310 985.0 2 穿透 开裂

083301-6