• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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罗贤, 屈志学, 郭程旺, 阳达, 陈泰伟, 蔡志华. 一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0216
引用本文: 罗贤, 屈志学, 郭程旺, 阳达, 陈泰伟, 蔡志华. 一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2025-0216
LUO Xian, QU Zhixue, GUO Chengwang, YANG Da, CHEN Taiwei, CAI Zhihua. Design and impact response analysis of a novel thoracic physical model[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0216
Citation: LUO Xian, QU Zhixue, GUO Chengwang, YANG Da, CHEN Taiwei, CAI Zhihua. Design and impact response analysis of a novel thoracic physical model[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2025-0216

一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析

doi: 10.11883/bzycj-2025-0216
基金项目: 国家自然科学基金项目(12372356);

Design and impact response analysis of a novel thoracic physical model

  • 摘要: 为系统评估非致命动能弹丸(Non-Lethal Kinetic Projectiles,NLKP)对人体胸部的冲击安全性,本文设计并制备了一种结构可调、兼容仿真实验的一体化三肋胸部物理模型。首先通过弹体发射平台,在 29 m/s 与 61 m/s 速度下对 SIR-X 弹丸模型进行刚性壁动力学验证,获得的力–时间曲线与北约《联合工程出版物第 99 号》(NATO Allied Engineering Publication-99,AEP-99)标准走廊吻合良好,证明了弹丸模型的可靠性。进一步使用该弹丸进行 56 m/s 和 86.5 m/s 速度下的胸部冲击实验,测得胸壁位移及黏性准则(Viscous Criterion,VC)的最大值 VCmax 均落入 AEP-99 标准验证走廊范围内,表明该模型在中低速冲击(≤ 90 m/s)条件下具有良好的动态响应一致性与预测精度。仿真与实验最大误差分别为 16% 和 21%。弹丸硬度增加(Soft 到 Hard)在 56 m/s 与 86.5 m/s 工况下使 VCmax 分别由 0.298 升至 0.336、由 0.765 升至 0.856,高能工况放大效应更显著。肋间距变化(0.8S₀–1.2S₀)对峰值位移和接触力影响约 ±6%,VCmax 波动 5.7%–6.2%,整体处于工程可接受范围。与 SHTIM 对比,本文模型在 56/86.5 m/s 下的位移–时间响应更贴合走廊中线(VCmax=0.308/0.803,均在推荐区间),SHTIM 在高能工况略低于下限,验证了本模型在响应精度与伤害判据一致性上的优势。针对 NS、CONDOR、SIR-X 和 RB1FS 四种典型弹丸,在 60–90 m/s 速度范围内开展系统仿真,揭示了不同弹丸结构和材料对胸部损伤风险的影响机制。高速冲击(100–120 m/s)下,模型软组织层主导能量吸收与耗散,肋骨层峰值应力随速度显著升高并超过屈服极限,存在严重骨折风险。厚度敏感性分析显示,软组织层厚度对吸能和变形的调控作用最为突出。研究结果为 NLKP 冲击伤害评估及防护装备优化提供了重要理论与技术支撑。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-14
  • 网络出版日期:  2025-11-04

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