Page 117 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

0.3 mm, WF/MG rod
0.3 mm, WF/MG rod
0.5 mm, WF/MG rod
0.5 mm, WF/MG rod
0.7 mm, WF/MG rod
0.7 mm, WF/MG rod
1.0 mm, WF/MG rod
1.0 mm, WF/MG rod
Head shape factor
Head shape factor
Time/μs
Time/μs
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
=800 m/s =1 200 m/s

1.0 1.0
0.3 mm, WF/MG rod 0.3 mm, WF/MG rod
0.9 0.5 mm, WF/MG rod 0.9 0.5 mm, WF/MG rod
0.7 mm, WF/MG rod 0.7 mm, WF/MG rod
0.8 1.0 mm, WF/MG rod 0.8 1.0 mm, WF/MG rod
Head shape factor 0.6 Head shape factor 0.6
0.7
0.7
0.5
0.5
0.4 0.4
0.3 0.3
0.2 0.2
0 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140
Time/μs Time/μs
(c) v 0 =1 600 m/s (d) v 0 =2 000 m/s

图 14 不同钨纤维直径复合材料弹体头形因子随时间的变化
Fig. 14 Variation characteristics of nose shape factor with time for the composite rods with different fiber diameters
从图 14(d) 中可以看出，当 v 0 =2 000 m/s 时，4 种弹体头形因子在 0～20 μs 阶段均保持下降趋势，而
在 20～140 μs 阶段存在较明显差异：(1) d=0.3 mm 纤维弹体头形因子取值在 20～60 μs 阶段基本保持为
稳定取值，随后在 60～80 μs 阶段再次开始下降至某一稳定值；(2) d=0.5 mm 纤维弹体头形因子则在 20～50 μs
阶段基本保持为稳定值，在 50～80 μs 阶段再次下降至稳定值；(3) d=0.7 mm 和 d=1.0 mm 纤维弹体在
20～70 μs 阶段持续下降，随后保持稳定。还可看出，d=0.3 mm 和 d=1.0 mm 纤维弹体头形因子最终取值
相对较大，主要原因是这 2 种弹体的边缘层厚度急剧减小（图 13）。
3.3 侵彻模式的转变机理
接下来进一步深入讨论侵彻/穿甲过程中复合材弹体的变形和破坏特性，同时分析纤维直径对弹体
侵彻/穿甲性能的影响规律以及相应自锐行为演变特征。
弹体和撞击速度组合的 4 种典型工况侵彻过程中的弹靶内部应变发展历程如图 15 所示。从图 15(a)
可看出，d=0.3 mm 纤维弹体以 v 0 =800 m/s 侵彻时，初期弹体头部呈现显著镦粗变形并造成较大靶板孔
径，弹头区域钨纤维产生剧烈弯折变形，且弹头顶端呈现出一定尖头构形（15 μs 时刻），这主要是由于金
属玻璃基体已发生破坏且纤维直径相对较小，其抗弯、抗剪强度较弱；在随后侵彻过程中，由于金属玻璃
基体的冲击和剪切作用，受到预损伤的纤维发生屈曲变形，堆积在弹体头部，形成较厚边缘层。在靶板
的挤压作用下，弹头进一步发生锐化（60 μs 时刻）；尖锐弹头内部纤维持续受到剪切作用并向后端流失，
导致弹头锐化程度进一步增加，靶板孔径也越来越小（130 μs 时刻）。
而图 15(b) 显示，d=0.7 mm 纤维弹体以 v 0 =1 600 m/s 侵彻初期，弹体头部镦粗，导致靶板孔径相对较
大，但此时由于基体迅速发生破坏，弹体头部前端区域的钨纤维未受到束缚，使得弹头并未呈现尖头构
形（10 μs 时刻）；在随后过程中，由于侵彻速度较大，弹头区域钨纤维迅速发生剪切破坏而未经历长时间
屈曲变形，同时由于钨纤维直径相对较大，外侧钨纤维由于受到基体的约束较少，容易发生向后端的屈
曲回流，致使弹体发生自锐行为（40 μs 时刻）；在最后阶段，由于靶板的挤压、摩擦作用，回流钨纤维发生
断裂，导致弹头未发生镦粗，且呈现一定锐化特征（90 μs 时刻）。
图 15(c) 中显示，当撞击速度提高到 v 0 =2 000 m/s 时，d=1.0 mm 纤维在侵彻初期阶段受到基体强剪切
冲击作用后迅速发生破坏，因此弹体未发生显著镦粗变形（5 μs 时刻）；后续过程中，弹头纤维也未发生明
显变形，而是快速被剪断并向后端流失（30 μs 时刻）；随后钨纤维持续受到靶板的挤压和摩擦作用，最终
弹体头部边缘层厚度急剧减少，锐化程度进一步减弱（70 μs 时刻）。
为更具体地对比分析弹头变形特征，再将上述图中弹体应变分布放大如图 16 所示。由图 16(a) 可
知，在 d=0.3 mm 纤维弹体头部边缘层区域纤维发生剧烈弯折。此外，从边缘层后端圆圈区域可看出基
体的剪切冲击作用使其临近钨纤维提前产生预变形或损伤，从而导致弹头侧面区域部分纤维出现断裂

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