不同头部形状弹丸对木麻黄的侵彻机理及效能研究

李帅; 郭亚超; 祝红军; 张明博; 俞振华; 韩铁; 张智恺; 程春

doi:10.12382/bgxb.2026.0297

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不同头部形状弹丸对木麻黄的侵彻机理及效能研究

更新时间：2026-09-04

- 不同头部形状弹丸对木麻黄的侵彻机理及效能研究
- Experimental Study on Penetration Mechanism and Efficiency of Projectiles with Different Nose Shapes into Casuarina Equisetifolia Targets
- 兵工学报 2026年页码：1-11
- 作者机构：
  
  1.宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室，浙江宁波 315211
  2.济南二机床集团有限公司，山东济南 250022
  3.浙江省军工集团股份有限公司，浙江湖州 313200
  4.92840部队，山东青岛 266405
- 作者简介：
  
  邮箱：邮箱：chengchun@nbu.edu.cn
- 基金信息：
  
  浙江省自然科学基金项目(LQN25A020005)
- DOI：10.12382/bgxb.2026.0297
  中图分类号： TJ301
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.2026.0297
- 收稿：2026-04-01，
  
  修回：2026-05-12，
  
  录用：2026-06-09，
- 稿件说明：
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李帅, 郭亚超, 祝红军, 等. 不同头部形状弹丸对木麻黄的侵彻机理及效能研究[J/OL]. 兵工学报, 2026,1-11.

LI Shuai, GUO Yachao, ZHU Hongjun, et al. Experimental Study on Penetration Mechanism and Efficiency of Projectiles with Different Nose Shapes into Casuarina Equisetifolia Targets[J/OL]. ACTA ARMAMENTARII, 2026, 1-11.
李帅, 郭亚超, 祝红军, 等. 不同头部形状弹丸对木麻黄的侵彻机理及效能研究[J/OL]. 兵工学报, 2026,1-11. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0297. CSTR： XXXXX.XX.XXX.2026.0297.

LI Shuai, GUO Yachao, ZHU Hongjun, et al. Experimental Study on Penetration Mechanism and Efficiency of Projectiles with Different Nose Shapes into Casuarina Equisetifolia Targets[J/OL]. ACTA ARMAMENTARII, 2026, 1-11. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0297. CSTR： XXXXX.XX.XXX.2026.0297.

摘要

为揭示不同头部形状弹丸对木材的侵彻机理及效能，选取东南沿海典型树种木麻黄为研究对象，开展顺纹/横纹准静态压缩与三点弯曲力学试验，获得其基本力学参数与破坏模式；采用DEX20高强钢加工制成等质量、等直径、不同头部外形的弹丸，利用轻气炮开展顺纹/横纹侵彻试验，分析头部形状与纹理各向异性对侵彻行为的影响。研究结果表明：木麻黄顺纹抗压强度约为横纹的3倍，顺纹受压以45°剪切破坏为主，横纹受压以端部压溃与致密化为特征，抗弯破坏呈现下部受拉开裂、上部受压致密的典型模式；横纹抗侵彻能力高于顺纹，横纹抗侵彻强度约为顺纹的1.2~2.0倍，顺纹侵彻以纤维轴向挤压与界面脱粘为主，横纹侵彻以纤维横向断裂与分层耗能为主；侵彻过程中弹洞内壁出现局部碳化与热损伤迹象；弹丸头部越尖锐，侵彻阻力越小、侵彻深度越大，且顺纹与横纹抗侵彻性能差异随之减小。

Abstract

To investigate the penetration mechanism and efficiency of projectiles with different nose shapes into wood， Casuarina equisetifolia， a typical tree species in the southeast coastal areas， is selected as the research object. The quasi-static compression tests （parallel- and perpendicular-to-grain） and three-point bending tests of Casuarina equisetifolia，are made to obtain the basic mechanical parameters and failure modes. The projectiles with the same mass， same diameter and different nose shapes are fabricated by DEX20 high-strength steel. The parallel- and perpendicular-to-grain penetration tests are conducted by using a light gas gun， and the effects of nose shape and grain anisotropy on penetration behavior are analyzed. The results show that the parallel-to-grain compressive strength of Casuarina equisetifolia is about 3 times that of the perpendicular-to-grain. The compressed parallel-to-grain is dominated by 45°shear failure， while the compressed perpendicular-to-grain is characterized by end crushing and densification. The bending failure presents a typical mode where the lower part is subjected to tensile cracking and the upper part is subjected to compression densification. The perpendicular-to-grain has higher anti-penetration ability than the parallel-to-grain. The anti-penetration strength of the perpendicular-to-grain is about 1.2 to 2.0 times that of the parallel-to-grain. The parallel-to-grain subjected to penetration is dominated by axial fiber compression and interface debonding， and the perpendicular-to-grain subjected to penetration is dominated by transverse fiber fracture and layered energy dissipation. Local carbonization and thermal damage signs appear on the inner wall of the bullet hole during penetration. The sharper the projectile nose is， the smaller the penetration resistance， and the deeper the penetration depth is. Meanwhile， the anisotropic difference in anti-penetration performance is reduced.

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张利朋，谢启芳，韩永刚，等 . 压-剪复合应力下木材力学性能与强度准则研究［J］. 建筑结构学报， 2025 ， 46 （ 4 ）： 165 - 176 .

Zhang L P ， Xie Q F ， Han Y G ， et al . Research on mechanical properties and failure criterion of wood under combined compression and shear stresses ［J］. Journal of Building Structures ， 2025 ， 46 （ 4 ）： 165 - 176 . （in Chinese）

曾丹 . 落叶松胶合木柱轴心受压性能试验研究［D］. 长沙：中南林业科技大学， 2016 .

Zeng D . Experimental research on mechanical properties of larch glulam columns under axial compression ［D］. Changsha ： Central South University of Forestry and Technology ， 2016 . （in Chinese）

刘建辉，柏亚双，徐国林，等 . 木柱受压试验及其基于Open Sees的数值模拟［J］. 建筑结构， 2025 ， 55 （ 13 ）： 125 - 129， 109 .

Liu J H ， Bai Y S ， Xu G L ， et al . Compression test of wooden column and its numerical simulation based on OpenSees ［J］. Building Structure ， 2025 ， 55 （ 13 ）： 125 - 129， 109 . （in Chinese）

王军锋，张利朋， Kazeroon Reza ，等 . 杉木高度各向异性力学性能与非线性本构行为研究［J/OL］. 复合材料学报， 1 - 13 ［ 2025-10-23 ］.

Wang J F ， Zhang L P ， Kazeroon R ， et al . Study on the high anisotropic mechanical properties and nonlinear constitutive behavior of Chinese fir wood ［J/OL］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 1 - 13 ［ 2025-10-23 ］. （in Chinese）

刘伟庆，杨会峰 . 现代木结构研究进展［J］. 建筑结构学报， 2019 ， 40 （ 2 ）： 16 - 43 .

Liu W Q ， Yang H F . Research progress on modern timber structures ［J］. Journal of Building Structures ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 16 - 43 . （in Chinese）

张利朋，谢启芳，吴亚杰，等 . 木材本构模型研究进展［J］. 建筑结构学报， 2023 ， 44 （ 5 ）： 286 - 304 .

Zhang L P ， Xie Q F ， Wu Y J ， et al . Research progress on constitutive models of wood ［J］. Journal of Building Structures ， 2023 ， 44 （ 5 ）： 286 - 304 . （in Chinese）

龙克莹，王东，林兰英，等 . 木材多尺度界面结构及其力学性能的研究进展［J］. 中国造纸学报， 2021 ， 36 （ 1 ）： 88 - 94 .

Long K Y ， Wang D ， Lin L Y ， et al . Research progress in multi-scale interface structure and mechanical properties of wood ［J］. Transactions of China Pulp and Paper ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 88 - 94 . （in Chinese）

Donaldson L ． Microfibril angle： measurement，variation and relationships-areview ［J］. Iawa Journal ， 2008 ， 29 （ 4 ）： 345 - 386 .

郭莹洁，赵荣军，钟永，等 . 兴安落叶松成熟材顺纹抗拉力学模型的研究［J］. 安徽农业大学学报， 2014 ， 41 （ 2 ）： 183 - 187 .

Guo Y J ， Zhao R J ， Zhong Y ， et al . Mechanical models of Larix gmelini mature clear wood about longitudinal tensile properties ［J］. Journal of Anhui Agricultural University ， 2014 ， 41 （ 2 ）： 183 - 187 . （in Chinese）

李维君，柏亚双，徐国林 . 基于早、晚材单一年轮顺纹抗拉力学性能预测［J］. 科学技术与工程， 2025 ， 25 （ 14 ）： 5992 - 5998 .

Li W J ， Bai Y S ， Xu G L . Based on the prediction of tensile mechanical properties of a single growth ring of early wood and late wood ［J］. Science Technology and Engineering ， 2025 ， 25 （ 14 ）： 5992 - 5998 . （in Chinese）

Roszyk E ， Moliński W ， Kamiński M . Tensile properties along the grains of earlywood and latewood of scots pine pinus sylvestris L in Dry and wet state ［J］. BioResources ， 2016 ， 11 （ 2 ）： 3027 - 3037 .

邓云飞，张伟，曹宗胜，等 . 叠层顺序对双层A3钢薄板抗侵彻性能的影响［J］. 爆炸与冲击， 2013 ， 33 （ 3 ）： 263 - 269 .

Deng Y F ， Zhang W ， Cao Z S ， et al . Influences of layer order on ballistic resistance of double-layered thin A3 steel plate ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2013 ， 33 （ 3 ）： 263 - 269 . （in Chinese）

李树森，陈强，张岩 . 木材金属接触式叠层靶板对杆弹的抗侵彻特性［J］. 东北林业大学学报， 2018 ， 46 （ 4 ）： 49 - 53 .

Li S S ， Chen Q ， Zhang Y . Anti-penetration characteristics of wood projectile laminated target against rods ［J］. Journal of Northeast Forestry University ， 2018 ， 46 （ 4 ）： 49 - 53 . （in Chinese）

邓云飞，袁家俊，路明建 . 不同形状破片撞击铝合金靶板的破坏模式和规律数值研究［J］. 兵器材料科学与工程， 2017 ， 40 （ 3 ）： 81 - 85 .

Deng Y F ， Yuan J J ， Lu M J . Numerical investigation on failure mode and law of different shape fragments impacting aluminum alloy target ［J］. Ordnance Material Science and Engineering ， 2017 ， 40 （ 3 ）： 81 - 85 . （in Chinese）

吴鹏，李如江，雷伟，等 . 运动状态下聚能战斗部侵彻披挂反应装甲靶板的数值模拟［J］. 高压物理学报， 2018 ， 32 （ 2 ）： 025107 .

Wu P ， Li R J ， Lei W ， et al . Numerical simulation of shaped warhead penetrating the target with reactive armor in motion state ［J］. Chinese Journal of High Pressure Physics ， 2018 ， 32 （ 2 ）： 025107 . （in Chinese）

张秋实，李树森，谷志新，等 . 基于Abaqus的木材侵彻性能的仿真研究［J］. 中南林业科技大学学报， 2014 ， 34 （ 1 ）： 125 - 128 .

Zhang Q S ， Li S S ， Gu Z X ， et al . Simulation study of wood penetration performance based on Abaqus ［J］. Journal of Central South University of Forestry & Technology ， 2014 ， 34 （ 1 ）： 125 - 128 . （in Chinese）

Vural M ， Ravichandran G . Dynamic response and energy dissipation characteristics of balsa wood： experiment and analysis ［J］. International Journal of Solids and Structures ， 2003 ， 40 （ 9 ）： 2147 - 2170 .

Koene L ， Broekhuis F R . Bullet penetration into wooden targets ［C］// 30th International Symposium on Ballistics . 2017 ： 16976 .

Weaver M K ， Newberry C M ， Podesto L ， et al . Blast testing of loaded cross-laminated timber structures ［C］// Structures congress 2018： Blast， Impact Loading， and Response ； and Research and Education . 2018 ： 400 - 411 .

Ricco M L ， Weaver M ， Senalik C A ， et al . Ballistic testing of cross-laminated timber layups to further develop protective panels ［C］// World Conference on Timber Engineering . 2023 ： 75 - 83 .

Tonannavar S ， Shivakumar N D ， Simha K R Y ， et al . Indentation and fragmentation of wood under low-speed impact ［J］. Journal of Dynamic Behavior of Materials ， 2023 ， 9 （ 2 ）： 140 - 157 .

申超，皮爱国，刘柳，等 . 高速侵彻弹体层合木靶脱壳［J］. 爆炸与冲击， 2015 ， 35 （ 5 ）： 711 - 716 .

Shen C ， Pi A G ， Liu L ， et al . Discarding the sabot of a high-velocity projectile by a laminated wood target ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 711 - 716 . （in Chinese）

唐昌州，智小琦，徐锦波，等 . 小钨球对防弹衣加松木靶的侵彻研究［J］. 高压物理学报， 2020 ， 34 （ 5 ）： 055101 .

Tang C Z ， Zhi X Q ， Xu J B ， et al . Research on small tungsten spheres penetrating into pine target with body armor ［J］. Chinese Journal of High Pressure Physics ， 2020 ， 34 （ 5 ）： 055101 . （in Chinese）

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