Page 127 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 陈柏翰，等： 侵彻弹体的拉压模态与振动特性 第 9 期

表 1 弹体几何特征
Table 1 Geometric characteristics of the projectiles
弹体 直径/mm 长度/mm 壁厚/mm 头部曲径比 内腔长度/mm 内腔曲径比
Ⅰ 118.13 590.63 27.79 3 442.95 3.78
Ⅱ 118.13 590.63 23.63 3 342.38 1

弹体由 3 部分结构构成：壳体、尾盖和模拟装药。壳体和尾盖采用 M82.5 的螺纹连接，模拟装药在
研究初期不装填。弹体Ⅰ和Ⅱ的物理特征均如表 2 所示。校准件的材料与弹体壳体相同。

表 2 侵彻弹体的物理特征
Table 2 Physical characteristics of the penetrating projectiles
结构 材料 密度/(kg·m ) 杨氏模量/GPa 泊松比 质量/kg
−3
壳体 45钢 7 816.7 209.5 0.269 33.27
尾盖 铝合金 2 700 70 0.33 0.54
模拟装药 细沙&石蜡 1 900 1 0.3 2.10

其中，45 钢的杨氏模量由试验模态分析获得。基于表 1～2 所示的弹体几何物理特征构建了弹体质
量、刚度、转动惯量等参数沿轴线的分布，进而基于前文所述的变截面杆有限元建模方法完成了弹体的
理论建模，获取了结构质量矩阵 M 和刚度矩阵 K，最终得到弹体前三阶模态特性。经鲁棒性检验，最终
选择单元数量为 800（沿轴线均匀分布）。
2.2 试验模态分析

试验模态分析环境如图 2 所示，主要由试验
Rubber band
件、力锤、加速度传感器、数据采集器和上位机
Sample rod
构成。在将弹体悬挂并使其保持静止后，使用力
锤锤击弹体头部平台，力锤输出实时压力，同时 Accelerometer
Hammer
弹体表面的加速度传感器输出实时加速度。力
锤主体为压电式力传感器，量程为 2 kN，灵敏度
为 2.54 pC/N， 经 阻 抗 变 换 器 后 接 入 数 据 采 集 Computer
Signal recorder
器。共设置 5 个 IEPE 式加速度传感器，量程为
−2
2
500 m/s ，灵敏度约为 9.85 mV/(m·s )（不同传感
图 2 试验模态分析环境
器略有不同）。传感器标准频率响应范围为 1～
Fig. 2 Configuration of test modal analysis
10 kHz，但在 20 kHz 内仍具有较平稳的幅频响应
曲线。数据采集器开启 6 通道，采样频率设为 51.2 kHz，其输入端连接力锤和加速度计连接线，输出端通
过网线连接记录压力-加速度响应信号的上位机。
在弹体距离尾部 5、15、25、35 和 45 cm 处用 302 胶粘接底面为弧面、表面为平面的五向测座。校
准件表面采用同样的粘接工艺，且位于距离端面 5 cm 处。校准件与弹体的测前状态如图 3 所示。

(a) Calibrator (b) Projectile Ⅱ

图 3 校准件与弹体的测前状态
Fig. 3 Calibrator and projectile before testing

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