Page 115 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 任 杰，等： 不同直径钨纤维增强金属玻璃复合材料长杆弹自锐行为及侵彻/穿甲性能 第 9 期

程度也有所减弱。此时随纤维直径增大，由于弹头区域被金属玻璃基体约束纤维数量逐渐减少，纤维逐
渐倾向于同弹体分离并向弹体后端流失。当直径增大到 1.0 mm 时，钨纤维难以在弹靶之间空隙发生回
流，转为因靶板的挤压作用而直接发生剪切破坏。

8 0.3 mm, WF/MG rod: MG 8 0.3 mm, WF/MG rod: MG
0.3 mm, WF/MG rod: WF
0.5 mm, WF/MG rod: MG 0.3 mm, WF/MG rod: WF
0.5 mm, WF/MG rod: MG
0.5 mm, WF/MG rod: WF 0.5 mm, WF/MG rod: WF
0.7 mm, WF/MG rod: MG 6 0.7 mm, WF/MG rod: MG
Effective stress/GPa 4 1.0 mm, WF/MG rod: WF Effective stress/GPa 4 1.0 mm, WF/MG rod: WF
6
0.7 mm, WF/MG rod: WF
0.7 mm, WF/MG rod: WF
1.0 mm, WF/MG rod: MG
1.0 mm, WF/MG rod: MG
2 2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Time/μs Time/μs
(a) v 0 =800 m/s (b) v 0 =1 600 m/s

图 12 复合材料长杆弹侵彻钢靶过程中的关键点应力变化曲线
Fig. 12 Stress evolution curves in the key points of the composite long rods during penetration into steel targets

3.2 弹体头形的演化
进 一 步 分 析 不 同 纤 维 直 径 复 合 材 料 弹 体 头 部 形 状 在 不 同 速 度 条 件 下 的 演 化 特 征 。 4 种 弹 体 在
v 0 =800，1 200，1 600，2 000 m/s 等 4 种撞击速度条件下侵彻中期准定常阶段的弹头形貌如图 13 所示。
从图 13 红色虚线区域可看出，弹头均发生剪切断裂。此外，在 v 0 =800 m/s 条件下，d=0.3，0.5，0.7 mm
这 3 种直径钨纤维发生不同程度的弯折变形且较为剧烈；而 d=1.0 mm 钨纤维则未发生弯折特征，弹头锐
v 0 =1 200 m/s 条件下，由于临近纤维受到金属玻璃基体剪切冲击作用增强，因此
化程度也有所降低；在
d=0.3 mm 和 d=0.5 mm 纤维同样发生剪切破坏，但弹体头部纤维并未发生剧烈弯曲变形，且表现出边缘
层厚度有所减小以及纤维所经历的塑性变形时长有所缩短的特征。
图 13 绿色虚线区域显示，弹头外侧钨纤维发生屈曲回流。类似地，在 v 0 =1 200 m/s 条件下，d=0.7 mm
v 0 =1 600, 2 000 m/s 条件下，
纤维未发生剧烈弯折，且边缘层厚度小于 v 0 =800 m/s 情形。还可观察到，在
d=0.3，0.5，0.7 mm 这 3 种弹头最外侧纤维均发生屈曲回流，且弹头边缘层厚度随撞击速度增大而逐渐减
v 0 =2 000 m/s 时，
小。特别地，当 v 0 =1 600 m/s 时，弹头均保持一定厚度的边缘层并呈现为尖头构形，而当
d=0.3 mm 和 d=0.5 mm 纤维弹体头部边缘层厚度显著减小，弹头锐化程度降低。
从图 13 蓝色虚线范围中可知，d=1.0 mm 钨纤维在 v 0 =1 200, 1 600, 2000 m/s 这 3 种速度条件下表现
v 0 =800 m/s 情形相似，弹头纤维未发生明显弯折变形，但边缘层厚度显著减小，且随着撞
为剪切破坏，同
v 0 =2 000 m/s 时，弹体自锐性能明显弱化。此外，受限于弹靶之间相对较小
击速度提高而进一步减小，当
的空间，d=1.0 mm 钨纤维受到靶板的挤压作用，进而直接发生剪切破坏。
任杰等 [38] 针对复合材料长杆弹在不同速度下的头形转变规律研究发现，头形因子 N ∗ 可较好地表征
弹体侵彻过程中的头部形状演化特征，可作为反映长杆弹高速侵彻过程中弹体头形尖锐程度的重要参
N ∗ 值越小，弹头越尖锐，反之亦然。为进一步对比不同弹体在不同速度条件下侵彻过程
量。总体来说，
中的弹头变形特性差异，结合有限元模拟结果计算得到弹体头形因子如图 14 所示。
从图 14(a) 可看出，在 v 0 =800 m/s 条件下，4 种弹体的头形因子均呈现出持续下降至某一稳定值的变
化特征，其中稳定取值对应于弹体停止侵彻。由于弹头边缘层内发生预损伤的纤维堆积在弹头区域，导
致边缘层厚度不断增加，因此计算得到的头形因子相对较小且持续减小。总体来说，该撞击速度条件下
不同弹体头形因子之间的差异相对较小。

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