Page 81 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 李鹏程，等： 弹体正贯穿混凝土靶开坑崩落的破坏效应 第 11 期

residual velocity diminishes, while the proportion of the splash zone during the spalling stage increases, making the splash
effect the dominant factor affecting resistance in the spalling stage. When the target thickness exceeds 4.5 times the projectile
diameter, the influence of the spalling effect on the residual velocity exceeds 10%, rendering the spalling effect non-negligible.
Cratering depth increases linearly with thickness when the thickness is not more than 4 times the projectile diameter, and then
tends to stabilize. Spalling depth increases linearly with thickness when the thickness is not more than 6.9 times the projectile
diameter, and then decreases linearly. During the linear increase stage, both cratering depth and spalling depth are approximately
half of the concrete target thickness. Compared with perforation of thin concrete targets, variations in impact velocity exhibit a
more pronounced influence on the crater depth and spalling depth during the penetration of thick concrete targets. The proposed
model effectively characterizes the damage effects of concrete targets and can provide a theoretical basis for penetration analysis
and protective design of concrete targets.
Keywords: projectile; normal penetration; concrete target; cratering effect; spalling effect

随着防御系统的发展，地面建筑、地下防御设施等建造形式普遍采用有限厚混凝土结构 。钻地武器
[1]
（以下简称弹体）贯穿该类混凝土目标的终点效应一直是新概念武器研发和工程防护领域关注的热点问
题 。无论是混凝土厚靶还是混凝土薄靶，当遭受弹体贯穿时，迎弹面和背面均会产生显著的开坑效应和
[2]
崩落效应，开坑深度和崩落深度占比较大，开坑阶段和崩落阶段成为整个贯穿过程的重要组成部分 [3-4] 。
特别对于混凝土薄靶，整个侵彻过程仅有开坑阶段和崩落阶段。此时开坑破坏范围和背面崩落破坏范
围将直接反映弹体的侵彻毁伤能力和混凝土结构的防护能力。因此，研究弹体贯穿混凝土靶的开坑、崩
落破坏效应，对于全面掌握弹体贯穿作用过程以及定量分析开坑、崩落破坏范围均具有十分重要的意
义，可为工程防护设计及弹体结构优化研究提供参考。
针对混凝土靶的开坑问题，学者们通过试验手段获得了丰富的数据 [3,5-14] ，提出了不同的开坑阻力理
论计算模型 [2,15-19] ，建立了开坑直径和深度等参数的经验公式 [20] ，但适用范围有限。同时，不同于混凝土
厚靶，弹体贯穿薄靶时，开坑效应还受到背部崩落的影响，基于混凝土厚靶开坑破坏建立的经验公式不
再适用。另一方面，针对混凝土靶的贯穿崩落问题，目前研究相对较少。刘志林等 [21] 和 Xing 等 [22] 通过
数值模拟和试验研究发现，混凝土靶崩落阶段伴随着混凝土介质的损伤和飞溅。Sjøl 等 [23] 和刘志林等 [24]

忽略崩落损伤和飞溅的影响，基于自由面效应模型，建立了崩落阶段阻力预测模型。Peng 等 [25] 通过试验
数据分析，认为厚靶崩落区高度约为 2.5 倍的弹径，而薄靶崩落区高度则约为靶体厚度的 1/2。但该结论
缺乏理论依据，且与 Li 等 [4] 获得的试验数据存在差异。Chen 等 [26] 基于剪切冲塞理论，建立了背部崩落
区范围计算公式和弹体剩余速度计算方法。在此基础上，Peng 等 [25] 引入崩落区飞溅效应，改进了基于能
量守恒的弹体剩余速度计算方法。Xing 等 [22] 进一步考虑崩落区介质的拉伸损伤效应，改进了背部崩落
区厚度及弹体剩余速度计算方法。由于以上 3 种方法均主要用于评估弹体靶后剩余速度，能否有效预
测崩落区范围还需试验验证。此外，洪智捷等 [27] 假设背部崩落区形成机制为拉伸损伤，改进了弹体剩余
速度和崩落区深度的计算模型，崩落区计算结果与厚靶试验数据吻合较好，但模型能否预测薄靶的破坏
效应还需验证分析。综上可知，针对有限厚混凝土靶的贯穿，混凝土靶崩落的破坏形成机制及其对侵彻
阻力的影响有待进一步分析；同时，弹靶条件对开坑、崩落区范围的影响规律也有待更系统的研究。
本研究为深入探讨混凝土靶破坏效应及其对侵彻过程的影响，基于弹体正贯穿混凝土靶的崩落破
坏现象，建立弹体正贯穿混凝土靶崩落效应模型，随后结合开坑效应模型和靶体阻力函数，构建考虑开
坑效应和崩落效应的侵彻理论模型，分析混凝土厚度、撞击速度对侵彻作用过程及混凝土靶开坑、崩落
破坏参数的影响。

1 弹体正贯穿混凝土靶崩落效应模型

1.1 弹体正贯穿混凝土靶崩落过程分析及基本假设
刘志林等 [21] 开展了弹体正贯穿有限厚混凝土靶数值模拟研究，获得了弹体贯穿混凝土靶过程中混

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