基于Mohr-Coulomb土壤本构的迫击炮发射动态特性仿真

徐子阳; 常焕升; 孙明亮; 李雷; 杨国来; 刘华; 左军成; 王锋锋

doi:10.12382/bgxb.2026.0209

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于Mohr-Coulomb土壤本构的迫击炮发射动态特性仿真

更新时间：2026-09-12

- 基于Mohr-Coulomb土壤本构的迫击炮发射动态特性仿真
- Launch Dynamic Characteristics of Mortar Based on the Mohr-Coulomb Soil Constitutive Model
- 兵工学报 2026年页码：1-24
- 作者机构：
  
  1.南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094
  2.成都陵川特种工业有限责任公司，四川成都 610105
  3.金陵科技学院，江苏南京 211169
- 作者简介：
  
  邮箱：邮箱：lilei@njust.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52305155;52405108);江苏省基础研究计划青年基金项目(BK20230904);中央高校基本科研业务费资助项目(30925010502);瞬态物理全国重点实验室开放基金项目(2025-JSS-LB-034-07)
- DOI：10.12382/bgxb.2026.0209
  中图分类号： TJ31
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.2026.0209
- 收稿：2026-03-05，
  
  修回：2026-06-25，
  
  录用：2026-07-09，
- 稿件说明：
移动端阅览
徐子阳, 常焕升, 孙明亮, 等. 基于Mohr-Coulomb土壤本构的迫击炮发射动态特性仿真[J/OL]. 兵工学报, 2026,1-24.

XU Ziyang, CHANG Huansheng, SUN Mingliang, et al. Launch Dynamic Characteristics of Mortar Based on the Mohr-Coulomb Soil Constitutive Model[J/OL]. ACTA ARMAMENTARII, 2026, 1-24.
徐子阳, 常焕升, 孙明亮, 等. 基于Mohr-Coulomb土壤本构的迫击炮发射动态特性仿真[J/OL]. 兵工学报, 2026,1-24. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0209. CSTR： XXXXX.XX.XXX.2026.0209.

XU Ziyang, CHANG Huansheng, SUN Mingliang, et al. Launch Dynamic Characteristics of Mortar Based on the Mohr-Coulomb Soil Constitutive Model[J/OL]. ACTA ARMAMENTARII, 2026, 1-24. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0209. CSTR： XXXXX.XX.XXX.2026.0209.

摘要

作为一种全新的迫击炮布局形式，车载迫击炮具备更高的火力机动性。目前的土壤本构模型难以描述速率效应和能量耗散行为，严重影响车载迫击炮发射过程动态响应的数值模拟精度。基于Perzyna黏塑性框架，开发一种基于Mohr-Coulomb的土壤本构模型。建立某型车载迫击炮的车体-座钣-土壤耦合系统的有限元模型，通过将仿真结果与射击试验中获取的座钣应力与位移数据进行对比，验证所提土壤本构模型在冲击工况下的计算精度与稳定性。进一步开展黏土与中硬土、±5°斜坡阵地、连续射击等工况的车载迫击炮动态响应计算。研究结果表明，在阵地适应性方面，黏土的黏滞阻尼效应导致其初始瞬态冲击应力与沉陷量均显著高于中硬土；±5°的斜坡阵地能有效耗散法向冲击能量，使座钣的垂向沉陷与反跳幅值衰减。通过连续射击与重力预压多分析步计算证明了土壤的冲击压实与刚度强化，该机制虽然有效限制了连射时的位移累积，但会使座钣在后续射击中承受显著升高的极值应力。所得成果可为复杂地形条件下车载迫击炮的阵地适应性评估、连射稳定性分析及座钣结构设计提供可靠的理论模型与数值依据。

Abstract

As a brand-new mortar layout， the vehicle-mounted mortars have higher fire maneuverability. The current soil constitutive model is unable to describe the rate effect and energy dissipation behavior， which seriously affects the numerical simulation accuracy of the dynamic response of vehicle-mounted mortar during launching. A Mohr-Coulomb-based soil constitutive model is developed based on Perzyna viscoplastic framework. A finite element model of body-baseplate-soil coupling system for a vehicle-mounted mortar is established， and the launching dynamics of the vehicle-mounted mortar is calculated by using the proposed soil constitutive model and the traditional M-C constitutive model， respectively. The calculation accuracy and stability of the proposed soil constitutive model under impact conditions are verified by comparing the simulated results with the stress and displacement data obtained from the shooting test . In this study， the dynamic responses of vehicle-mounted mortar under the working conditions of clay and medium hard soil， ±5 ° slope position and continuous shooting are further calculated. The results show that the initial transient impact stress and settlement amount of clay are significantly higher than those of medium hard soil due to viscous damping effect in terms of position adaptability. However， the slope position of ±5 ° can effectively dissipate the normal impact energy and attenuate the vertical subsidence and rebound amplitude of the baseplate. In addition， the multi-step calculation of continuous shooting and gravity preloading proves that the impact compaction and rigidity of soil are strengthened. Although this mechanism effectively limits the displacement accumulation during continuous shooting， it makes the baseplate bear significantly increased extreme stress in subsequent shooting. This study provides a reliable theoretical model and numerical basis for the evaluation of position adaptability， the analysis of continuous firing stability and the design of baseplate structure of vehicle-mounted mortar under complex terrain conditions.

关键词

Keywords

references

张相炎，郑建国，袁人枢 . 火炮设计理论［M］. 北京：北京理工大学出版社， 2014 ： 306 - 325 .

Zhang X Y ， Zheng J G ， Yuan R S . Theory of artillery design ［M］. Beijing ： Beijing Institute of Technology Press ， 2014 . （in Chinese）

王锋锋，杨国来，葛建立 . 基于修正D-P准则的迫击炮座钣-土壤模型在强冲击载荷下的动态响应［J］. 振动与冲击， 2022 ， 41 （ 5 ）： 214 - 220 .

Wang F F ， Yang G L ， Ge J L . Dynamic response of mortar base plate-soil model under strong impact load based on modified D-P criterion ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2022 ， 41 （ 5 ）： 214 - 220 . （in Chinese）

孙章毅，蔡灿伟 . 动载荷作用下迫击炮与土壤刚柔耦合响应分析［J］. 指挥控制与仿真， 2023 ， 45 （ 1 ）： 102 - 107 .

Sun Z Y ， Cai C W . Rigid-flexible coupling response analysis of mortar and soil under dynamic load ［J］. Command Control & Simulation ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 102 - 107 . （in Chinese）

曹誉，葛建立，付羽翀，等 . 多地形迫击炮座钣的结构设计与动态特性仿真分析［J］. 火炮发射与控制学报， 2025 ， 46 （ 5 ）： 84 - 91 .

Cao Y ， Ge J L ， Fu Y C ， et al . Structural design and simulation of multi-terrain mortar mount sheet metal ［J］. Journal of Gun Launch & Control ， 2025 ， 46 （ 5 ）： 84 - 91 . （in Chinese）

葛建立，谢新宇，刘国志，等 . 复合材料座钣动态响应分析及结构优化［J］. 弹道学报， 2020 ， 32 （ 4 ）： 83 - 90 .

Ge J L ， Xie X Y ， Liu G Z ， et al . Dynamic response analysis and structural optimization of composite base plate ［J］. Journal of Ballistics ， 2020 ， 32 （ 4 ）： 83 - 90 . （in Chinese）

Lu M ， Pantale O . An efficient and robust VUMAT implementation of elastoplastic constitutive laws in Abaqus/Explicit finite element code ［J］. Mechanics & Industry ， 2018 ， 19 （ 3 ）： 308 - 323 .

Bathayian S M H ， Maleki M . Kinematic hardening based coupled elastoplastic-viscoplastic model for describing time-dependent behavior of soils subjected to non-monotonic loadings ［J］. Computers and Geotechnics ， 2023 ， 161 ： 105602 .

Ma K ， Gao Z Q ， Wang J ， et al . Nonlinear consolidation finite element analysis of a layered soft soil foundation under multistage loading based on the continuous drainage boundary ［J］. Computers and Geotechnics ， 2024 ， 169 （ 1 ）： 106220 .

Zeng T ， Feng T ， Wang Y S . ABAQUS subroutine-based implementation of a fractional consolidation model for saturated soft soils ［J］. Fractal and Fractional ， 2025 ， 9 （ 8 ）： 542 .

Huang X B ， Sun Y F ， Sumelka W ， et al . Formulation and implementation of an isotropic plasticity model enriched with shift stress and fractional flow rule ［J］. Acta Geotechnica ， 2025 ， 20 （ 2 ）： 803 - 821 .

Cheng X T ， Vanapalli S K . Simplified approaches for predicting the nonlinear load-displacement response of single pile and pile groups in unsaturated soils ［J］. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ， 2025 ， 17 （ 5 ）： 3107 - 3124 .

Han Z ， Bao Y F ， Xiong Y L ， et al . Secondary development of a thermo-elastoplastic constitutive model for saturated clay in ABAQUS ［C］// IOP Conference Series： Earth and Environmental Science . 2021 ， 861 （ 7 ）： 072139 .

张冰冰，宋飞 . 土工格室加筋正常固结剪缩类土体模型在ABAQUS中的开发与应用［J］. 岩石力学与工程学报， 2025 ， 44 （ 2 ）： 492 - 504 .

Zhang B B ， Song F . Development and application of a geocell-reinforced normally consolidated shear-contractive soil model in ABAQUS ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2025 ， 44 （ 2 ）： 492 - 504 . （in Chinese）

聂去尘，庄心善，周荣，等 . 膨胀土变形特性和基于Mohr-coulomb准则本构关系［J］. 湖北工业大学学报， 2023 ， 38 （ 4 ）： 88 - 91，116 .

Nie Q C ， Zhuang X S ， Zhou R ， et al . Research on deformation characteristics of expansive soil and constitutive relationship based on Mohr-Coulomb criterion ［J］. Journal of Hubei University of Technology ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 88 - 91，116 . （in Chinese）

金俊超，佘成学，尚朋阳 . 硬岩弹塑性变形破坏过程中强度参数及剪胀角演化模型研究［J］. 岩土力学， 2019 ， 40 （ 11 ）： 4401 - 4411 .

Jin J C ， She C X ， Shang P Y . Study on strength parameters and dilation angle evolution models in hard rock elasto-plastic deformation and failure process ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2019 ， 40 （ 11 ）： 4401 - 4411 . （in Chinese）

Qing Y L ， Qin X T ， Li Q L ， et al . Development and numerical application of an accumulation model for unsaturated soil under long-term cyclic loading ［J］. Computers and Geotechnics ， 2026 ， 190 ： 107712 .

王涛，黄广炎，柳占立，等 . 基于ABAQUS的有限元子程序开发及应用［M］. 北京：北京理工大学出版社， 2021 .

Wang T ， Huang G Y ， Liu Z L ， et al . Development and application of finite element subroutines based on ABAQUS ［M］. Beijing ： Beijing Institute of Technology Press ， 2021 . （in Chinese）

李广信，张丙印，于玉贞 . 土力学［M］. 北京：清华大学出版社， 2022 .

Li G X ， Zhang B Y ， Yu Y Z . Soil mechanics ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2022 . （in Chinese）

HASSAN M S K ， LIYANAPATHIRANA D S ， FUENTES W ， et al . Application of advanced soil constitutive models to investigate complex soil-structure interaction issues in integral abutment bridges ［J］. Computers and Geotechnics ， 2026 ， 191 ： 107768 .

王雪嫣，葛建立，杨国来，等 . 迫击炮座钣轻量化设计［J］. 火炮发射与控制学报， 2018 ， 39 （ 4 ）： 54 - 59 .

Wang X Y ， Ge J L ， Yang G L ， et al . Lightweight design of a mortar base plate ［J］. Journal of Gun Launching ＆ Control ， 2018 ， 39 （ 4 ）： 54 - 59 . （in Chinese）

王锋锋，杨国来 . 迫击炮复合材料座钣多工况多目标优化［J］. 弹道学报， 2024 ， 36 （ 1 ）： 97 - 103 .

Wang F F ， Yang G L . Multi-objective optimization of composite base-plate of mortar under multi-operating conditions ［J］. Journal of Ballistics ， 2024 ， 36 （ 1 ）： 97 - 103 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

气/水介质对超空泡射弹-铝靶动态响应特性的影响

1kg TNT当量双层非对称爆炸防护装置结构设计与实验

在弹道冲击条件下超高分子量聚乙烯纤维复合材料板破坏模式

水下接触爆炸下含横缝混凝土重力坝毁伤特性

水下中远场爆炸冲击波作用下航行体表面动态响应分析