• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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30CrMnSiNi2A高强钢的动力学行为及抗侵彻性能

吴帅涛, 肖新科, 周储伟. 30CrMnSiNi2A高强钢的动力学行为及抗侵彻性能[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2026-0131
引用本文: 吴帅涛, 肖新科, 周储伟. 30CrMnSiNi2A高强钢的动力学行为及抗侵彻性能[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2026-0131
WU Shuaitao, XIAO Xinke, ZHOU Chuwei. Dynamic mechanical behavior and ballistic resistance of 30CrMnSiNi2A ultra-high-strength steel[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2026-0131
Citation: WU Shuaitao, XIAO Xinke, ZHOU Chuwei. Dynamic mechanical behavior and ballistic resistance of 30CrMnSiNi2A ultra-high-strength steel[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2026-0131

30CrMnSiNi2A高强钢的动力学行为及抗侵彻性能

doi: 10.11883/bzycj-2026-0131
基金项目: 河南省高等学校重点科研项目(25A130007);南阳市基础与前沿研究计划项目(24JCQY038);南阳理工学院博士科研启动基金项目(NGBJ-2024-16);

Dynamic mechanical behavior and ballistic resistance of 30CrMnSiNi2A ultra-high-strength steel

  • 摘要: 摘 要:为系统表征30CrMnSiNi2A高强钢在不同应力状态、应变率和温度条件下的动力学行为,并研究其在平头弹冲击下的抗侵彻性能与失效特征,开展了准静态、动态、高温力学性能实验及弹道冲击实验,建立了相应的塑性-断裂材料模型及有限元分析方法。采用Ludwik与Voce硬化准则线性组合的修正Johnson-Cook(MJC)塑性模型描述材料的应变硬化、应变率效应和温度效应,采用同时考虑应力三轴度、Lode参数以及应变率和温度影响的扩展Xue-Wierzbicki(XW)断裂准则表征材料的韧性断裂行为。通过光滑圆棒、缺口圆棒、平板剪切和平面应变等准静态实验,以及应变率为1063.8~4753.8 s⁻¹的分离式霍普金森压杆动态压缩实验、应变率为25~1000 s⁻¹的高速拉伸实验和200~800 ℃高温拉伸实验,结合有限元反演完成材料模型参数的系统标定。结果表明,30CrMnSiNi2A高强钢具有显著的应变率强化和高温软化特征:应变率由准静态提高至4547.8 s⁻¹时,屈服强度由1095.6 MPa提高至1497.0 MPa,而温度达到600 ℃及以上时材料强度明显下降;其韧性断裂具有显著的应力状态和Lode相关性,剪切和平面应变状态下的断裂应变较单轴拉伸状态分别降低35.8%和63.9%。采用名义直径6 mm平头弹对4 mm厚30CrMnSiNi2A钢靶开展13组弹道冲击实验,冲击速度为196.2~413.9 m/s,基于Lambert-Jonas模型拟合得到弹道极限为209.9 m/s,靶板的主导失效模式为剪切冲塞。基于标定后的材料模型建立ABAQUS轴对称有限元模型,结果表明弹道极限预测对局部单元尺寸具有显著敏感性;局部单元尺寸为75 μm和50 μm时,预测弹道极限分别为213.7和205.0 m/s,与实验拟合值的误差分别为1.8%和−2.4%,且模拟得到的主导失效模式与实验结果一致。研究结果表明,系统标定的MJC塑性模型与扩展XW断裂准则能够较好表征30CrMnSiNi2A高强钢的动态塑性和应力状态相关断裂行为,并可在合理控制局部单元尺寸的条件下预测平头弹冲击下靶板的弹道极限与剪切冲塞失效。
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-04-28
  • 网络出版日期:  2026-09-10

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