Page 82 - 《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

凝土靶背部介质破坏过程，如图 1(a) 所示。其中，混凝土采用 RHT (Riedel-Hiermaier-Thoma) 模型和 SPH
(smoothed particle hydrodynamics) 算法进行描述，能够反映背部崩落效应对弹体侵彻的影响；损伤云图中
红色代表材料完全损伤，蓝色代表未损伤。

Non-destructive Damage effect Ejection effect
(a) Thick concrete target [21] (b) Thin concrete target [28]

图 1 弹体贯穿混凝土靶崩落破坏过程 [21,28]
Fig. 1 Spalling failure process during perforation of a concrete target by a projectile [21,28]
结合图 1 可知，弹体贯穿混凝土靶过程中存在背部介质损伤效应和飞溅效应。当弹体侵彻到一定
深度后，靶体背部自由面到弹尖之间的区域出现损伤，且损伤范围及程度随着弹体到靶背的距离缩短而
增大。当弹尖快接近靶体背部自由面时，弹体四周混凝土介质完全损伤，且损伤效应转化为飞溅效应。
损伤效应与飞溅效应存在显著差异，使得两者对弹体侵彻阻力的影响不同。其中，损伤效应使
得崩落区介质在弹体未直接冲击作用前发生损伤，减小混凝土强度，从而减小弹体在崩落区运动时的弹靶
间作用力。飞溅效应使弹体前方崩落区介质发生脱离，减小弹靶有效接触面积，从而减小弹靶间作用力。
目前，混凝土靶背部崩落效应的形成机制仍然存在争议。Li 等 [29] 认为崩落区的形成机理为弹体侵
彻下的剪切冲塞效应，即震塌块与靶体界面的剪应力达到材料的剪切破坏强度。武海军等 [30] 和邓国强等 [31]
则认为，崩落区的形成机理为压缩波在靶体后自由表面反射产生拉伸波引起的层裂拉伸破坏。结合图 1
可知，弹体贯穿混凝土薄靶时，背部崩落区的破坏形式倾向于剪切破坏；弹体贯穿混凝土厚靶时，混凝土
靶背部崩落区的破坏形式倾向于拉伸破坏。

基于弹体正贯穿混凝土靶崩落破坏效应分
析，假设损伤效应与飞溅效应是影响弹体崩落阶
段受力的主要因素。为描述崩落阶段损伤效应
与飞溅效应对弹体侵彻阻力的影响，简化弹靶相
互作用和材料性能的变化形式，如图 2 所示，做 Front
出以下基本假设。 Projectile
(1) 弹体为刚体，在贯穿混凝土靶过程中不
发生变形。 Spallation
(2) 混凝土薄靶的崩落破坏机制为剪切冲 Damage ejection zone
zone
塞，而混凝土厚靶的崩落破坏机制为拉伸破坏。 Rear
(3) 崩落区混凝土的单轴抗压强度随着弹尖
到靶体背面距离的缩短而线性降低。当弹体刚
进入崩落区时，混凝土的强度等于初始混凝土的 图 2 弹体贯穿混凝土靶的崩落效应
单轴抗压强度，而当弹尖接触到靶体背面时，崩 Fig. 2 Spalling effect during perforation of a concrete
落区混凝土的单轴抗压强度为零。 target by a projectile
(4) 崩落区介质发生飞溅时，飞溅介质在崩落区内的运动近似为沿固定流线运动，不同流线上的介
质互不干扰，并在靶体背面发生飞溅。
(5) 崩落区介质发生飞溅时，弹体表面微元应力为零。

113301-3