小口徑彈丸對鋼筋混凝土侵徹分析

郭超 謝馨遠 田家帥

【摘? 要】為了研究小口徑彈丸對鋼筋混凝土的侵徹性能，以理論與實際結合分析的方式，通過侵徹試驗得到了小口徑彈丸對混凝土的侵徹速度，并結合經驗公式進行了對比分析，分析發現Young公式更能真實反映侵徹結果。以Young公式為基礎，分析了目標厚度、配筋率及彈丸形狀系數、質量等對侵徹的影響。其對彈丸設計及目標防護具有一定的參考價值。

【關鍵詞】鋼筋混凝土;小口徑;彈丸;侵徹

1.緒論

混凝土是用水泥做主要膠結材料，攪拌一定比例的砂、石和水，逐漸硬化形成的人工混合材料。為了增大混凝土墻的強度，在混凝土澆筑過程中往往增加一定配筋率鋼筋而形成鋼筋混凝土。其強度及變形性能主要取決于水泥、砂漿、鋼筋配筋率等特性。鋼筋混凝土是使用最為廣泛的建筑材料，具有制作簡便、抗壓強度高、性能穩定等特性，在民用、軍用、特殊工程等領域中軍用大量使用。

彈體撞擊建筑物目標（鋼筋混凝土）后，使材料發生壓縮及剪切變形，在表面形成裂縫并造成混凝土崩落。彈體對鋼筋混凝土的侵徹能力與彈體及鋼筋混凝土結構有關，當彈體速度較小時，可能從撞擊位置反彈。當彈體速度較高時，撞擊后可在目標內繼續運動，形成侵徹毀傷。各國對混凝土目標的侵徹進行了大量的研究，并形成了各種侵徹公式，各種方法互不相同，計算結果也存在一定的差異。

1.侵徹經驗公式及對比分析

1.1主要經驗公式

（1）別列贊公式。基于蘇聯“別列贊”的侵徹公式：

式中，H為侵徹深度（m）;為彈形修正系數;為彈體頭部長度（m）;為彈體直徑（m）;為阻力系數，一般取值（0.8～0.9）×10-6;為彈體著靶速度（m/s）;θ為著靶角。該公式適用彈徑一般在0.075～0.203m之間。

（2）NDRC公式

美國國防研究委員會（NDRC）提出了不變形彈體侵徹大體積混凝土的理論侵徹公式：

式中，為鋼筋混凝土抗壓強度;為彈頭形狀系數，對于平頭彈、鈍頭彈、球形彈頭、卵形及錐形;其他符號意義同前。

（3）WES公式

美國桑迪亞國家試驗中心與美國陸軍工程兵水道試驗站提出的WES公式：

式中，為彈體截面面積（m2）;N為彈頭形狀系數;為彈頭曲率半徑與彈徑比值;為介質密度;為錐尖半角;;為無側限抗壓強度（Pa）;RQD為反應混凝土質量的指標，一般取值20～100。

（4）Young公式

美國桑迪亞國家試驗中心提出的Young公式：

式中S為混凝土強度參數;;為靶寬度與侵徹體直徑的比值，對于鋼筋混凝土，F取值20;P為配筋率;為澆筑時間;為靶厚度與侵徹體直徑比值;為混凝土板抗壓強度;為修正系數;其他參數意義同前。

1.2對比分析

結合侵徹試驗，得到小口徑彈丸對鋼筋混凝土臨界侵徹速度見表1 ，并與經驗公式進行了對比分析。

通過對比分析，Young公式得到的小口徑彈丸對鋼筋混凝土理論侵徹速度與試驗侵徹速度誤差較小，更能真實反映侵徹結果。

2.侵徹影響分析

以Young公式為基礎，影響小口徑彈丸侵徹鋼筋混凝土的侵徹速度主要因素包括目標厚度、配筋率、混凝土強度、彈丸形狀、彈丸質量等。

2.1目標厚度的影響

目標厚度對彈丸臨界侵徹速度的影響見圖1。分析可知，混凝土靶板的厚度對彈丸臨界侵徹速度影響較大，厚度每增大100mm，彈丸臨界侵徹速度增大約110m/s;混凝土強度約大，厚度對彈丸臨界侵徹速度影響越大。

2.2配筋率的影響分析

配筋率對彈丸臨界侵徹速度的影響見圖2及圖3。分析可知，配筋率增大，彈丸臨界侵徹速度增大;鋼筋混凝土壁厚越厚，配筋率對臨界侵徹速度影響越大;但是從總體分析，配筋率每增大0.1%，侵徹速度增大1-2m/s，整體影響較小。

2.3形狀系數影響分析

彈頭形狀系數對彈丸臨界侵徹速度的影響見圖4及圖5。分析可知，形狀系數增大，彈丸臨界侵徹速度越小;鋼筋混凝土壁厚越厚，臨界侵徹速度減小的越明顯;形狀系數對臨界侵徹速度的影響，與鋼筋混凝土的強度幾乎無關。

2.4彈丸質量的引信分析

彈頭形狀系數對彈丸臨界侵徹速度的影響見圖6及圖7。分析可知，質量對彈丸臨界侵徹速度的影響較大，彈丸質量增大，臨界侵徹速度減小較明顯，尤其是壁厚鋼筋混凝土;對于不同強度的鋼筋混凝土，彈丸臨界侵徹速度影響幾乎一致。

3.結論

通過侵徹試驗與經驗公式的對比分析，Young公式對彈丸侵徹鋼筋混凝土的臨界侵徹速度計算較準確。若彈丸命中多根鋼筋，則侵徹速度與經驗公式計算值偏差較大。而在實際侵徹過程中，彈丸命中多跟鋼筋的概率極低。

以Young公式為基礎，目標厚度、彈頭形狀系數及彈丸質量對侵臨界侵徹速度影響較大。厚度每增大100mm，彈丸臨界侵徹速度增大約110m/s;彈頭形狀系數每增大0.1，彈丸臨界侵徹速度減小30m/s左右;質量每增大1kg，彈丸臨界侵徹速度減小20m/s左右。彈丸在不命中鋼筋或命中單根鋼筋條件下，配筋率對彈丸臨界侵徹速度影響較小。

參考文獻

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作者簡介：郭超（1990--），男，碩士研究生。