Page 85 - 《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

速度从前往后依次递减。前端粒子的数量和散布面积对靶板的扩孔面积有显著的影响。前端高速飞行
的粒子数量越多，且沿弹体横截面方向的粒子散布面积越大，粒子在靶板中心区域受力越大，受到以剪
切和拉伸为主导的损伤后，发生塑性屈曲，在靶板中心区域形成圆形扩孔。高阶内肋支撑的薄壁圆筒结
构在穿靶过程中对金属粉末颗粒形成有效约束，使大量金属粉末沿靶板方向运动，有效减少了金属粉末
沿弹体周围飞散。S-3-Fe、S-4-Fe 弹丸在穿透靶板以后，由于高速飞行的粒子占比仍然较大，因而侵彻能
力也较强。当弹体速度超过弹道极限速度后，靶板中心处的穿孔以圆形扩孔为主，圆形扩孔的面积受弹
体初始动能和弹体结构的影响，弹体初始动能越高，靶板发生瓣状开裂时，裂纹长度扩展越大，瓣裂处的
卷曲来源于扩孔面积的不断扩大。
在弹丸触靶过程中，高速飞行的弹丸在撞击靶板时，部分动能转化为热能。同时，金属粉末之间剧
烈的摩擦也会释放大量的热量。钨粉毁伤元的硬度和熔点远高于铁粉毁伤元，钨粉在高温下仍能保持
较好的机械性能，使钨粉在高速撞击形成的高温环境下不易熔化或变形，仍具有较强的穿透能力。因
而，在相同弹体结构下，即使钨粉毁伤元弹体的初始动能略低，仍能贯穿钢板后又击穿木板（如图 15(a)、(c)
所示），展现出较强的附带毁伤效果；而铁粉毁伤元击穿钢靶后仅对木板造成轻微损伤（如图 15(b)、(d)
所示）。

(a) S-1-W, E k=1 493.9 J (b) S-1-Fe, E k=1 547.9 J

(c) S-2-W, E k=960.9 J (d) S-2-Fe, E k=1 002.4 J
图 15 钨粉和铁粉的毁伤效果对比
Fig. 15 Comparison of penetration effect between tungsten powder and iron powder

金属粉末的侵彻机理与其粒径大小密切相关，表现出显著的粒径效应。对于金属颗粒而言，较大的
单粒质量和动量使其在高速冲击过程中能够克服目标材料的阻力，依靠惯性实现深层侵彻。为进一步
验证金属粉末的侵彻能力与粒径分布的内在关联性，采用离散元法（DEM）对多组不同粒径分布的金属
粉末冲击过程进行了系统性仿真。如图 16 所示，通过建立精确的颗粒-靶板相互作用模型，完整再现了
金属粉末从冲击到侵彻的全过程。图 17 的仿真结果显示，在严格控制发射动能（1 000 J）的条件下，粒径
效应对侵彻性能有显著影响：对于铁粉，当平均粒径从 50 μm 增大到 200 μm 时，其对 45#钢靶的临界侵
彻深度（h ）由 0.95 mm 显著提升至 1.52 mm，增幅达 60%；而更高密度的钨粉表现出更优异的性能，在相
b
同粒径范围内，其临界侵彻深度从 1.10 mm 提升至 1.72 mm，增幅为 56.4%。
这种依赖粒径的侵彻行为主要源于以下物理机制：小粒径金属粉末（50～100 μm）虽然单位质量内
包含更多颗粒，在撞击时会形成更密集的冲击面，但由于单个颗粒的动量较低，在侵彻过程中能量呈现

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