冲击力仿真计算与试验研究
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摘 要： 根据接触力学理论 ， 应用虚拟平 台， 对 冲 击 试 验 机 冲击 过 程 进 行 了仿 真 模 拟 和 计 算 ， 得 出 了 冲 击 力 随 时 间
变 化 的具 体 曲线 ， 并 和 实 际 的 冲击 试 验 数 据 进 行 了对 比 ， 分 析 总 结 了两 者 的差 别 。 关键词 ： 接触力学 ； 冲击力 ； 仿 真 中 图分 类 号 ： ＴＨ８ ７ 文献标识码 ： Ｂ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ３ ４ ０ ７ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ０ ２ ２
其 中， 为法 向接 触力 ， 单 位 为 Ｎ； Ｋ（ Ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ～ ｎ ｅ ｓ ｓ ） 为 Ｈｅ ｒ ｔ ｚ接触 刚度 ， 表 示 接 触 表 面 的 刚度 ， 单 位 为 Ｎ／ ｍｍ； （ Ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ） 为 接 触 点 的 法
引 言
抗 冲击 性 能 是材 料 的重 要 属 性之 一 ， 而材 料 的
由于 两个 构件 之 间 的相 互 切 入 而 产生 的弹 性 力 ； 另
一
个是 由相对 速度 产生 的阻 尼力 。其 广义形 式可 以
Ｆ 一 Ｋ ＋ Ｃ
表示 为 ：
抗 冲击性 能要 依靠 冲击 试验 测 得 。冲击 试验 应用 的 设 备是 材 料 冲击试 验 机 ， 通 过 摆 锤 冲击 试 样 后 得 出 的冲击 吸 收功 和 冲击 力 来 衡 量 材 料 的 抗 冲击 性 能 。 冲击过 程是 个非 常 复 杂 的过 程 ， 本 文 根 据 接 触 力 学 理论 ， 应用 虚 拟平 台 ， 对 材料 冲击试验 机 冲击 过程 进
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｄｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ ，Ｓ ｈ ａ ｏ Ｌｉ ｙ ｉ ｎ ｇ ，Ｍ ａ ｎ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｏ ｎ ｇ ，Ｆ ａ ｎ Ｘｉ ａ ｏ ｗａ ｎ ｇ ，Ｘｕ Ｔａ ｉ ，Ｔｉ ａ ｎ Ｌｉ ｇ ｕ ｏ
向穿透 深 度 ， 单 位为 ｍｍ； ｅ （ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ｘ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ） 为碰 撞
行 了仿 真 模拟 和计 算 ， 得 出了 冲击力 的具 体 曲线 ， 并
和实 际 的冲击试 验 数 据 进 行 了对 比 ， 分 析 总 结 了两 者 的差 别 ， 为更 深人 的研 究 打下基 础 。
ｐａ ｃ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｒ ｅ ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｃ ｏｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｙ；ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ｛ ｏｒ ｃ ｅ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ
件之 间 的接触 力 时 ， 接 触力 由两个 部分 组成 ： 一个 是
ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｓ ｄ ｒ ａ ｗｎ ．Ｔｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｉ ｍ—
指数 ， 剐度 项 的贡 献 因 子 ， 反 映 了材 料 的非 线 性 程 度， 其 推荐 值 ： 金 属 与金 属材 料 为 １ ． ５ ， 橡 胶 材 料 为 ２ ； Ｃ （ Ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ） 为 阻尼 系数 ， 单位为 Ｎ ・ ｓ ｅ ｃ ／ ｍｍ， 通 常 取 刚度值 的 ０ ． １ ～１ ％； Ｖ 为 接触 点 的法 向相 对 速 度； 是 的导数 ， 单 位为 ｍｍ／ ｓ ｅ ｃ 。
ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ ，Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２ ２，Ｊｉ ｌ ｉ ｎ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｃ ｏｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｍｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｃ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ，ｔ ｈ ｅ ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｐｌ ａ ｔ ｆ ｏｒ ｍ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐａ ｃ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｍｐａ ｃ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒ ｖｅ ｏ ｆ ｉ ｍｐａ ｃ ｔ
Ｖｏ ｌ ＮＥ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ ＆ Ｔ Ｅ Ｓ Ｔ
Ｍａ ｒ ．２ Ｏ １ ３
冲 击 力 仿 真 计 算 与试 验研 究
蒋 东 霖 ， 邵 丽颖 ， 满长 松 ， 范 晓望 ， 许 太 ， 田立 国
（ １ ． 长春机械 科 学研 究院有 限公 司， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ； ２ ． 空军航 空大学航 空机械 工程 系， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
（ １ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ．Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ １ ２ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ａｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
变 化 的具 体 曲线 ， 并 和 实 际 的 冲击 试 验 数 据 进 行 了对 比 ， 分 析 总 结 了两 者 的差 别 。 关键词 ： 接触力学 ； 冲击力 ； 仿 真 中 图分 类 号 ： ＴＨ８ ７ 文献标识码 ： Ｂ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ — ３ ４ ０ ７ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ０ ２ ２
其 中， 为法 向接 触力 ， 单 位 为 Ｎ； Ｋ（ Ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ～ ｎ ｅ ｓ ｓ ） 为 Ｈｅ ｒ ｔ ｚ接触 刚度 ， 表 示 接 触 表 面 的 刚度 ， 单 位 为 Ｎ／ ｍｍ； （ Ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ） 为 接 触 点 的 法
引 言
抗 冲击 性 能 是材 料 的重 要 属 性之 一 ， 而材 料 的
由于 两个 构件 之 间 的相 互 切 入 而 产生 的弹 性 力 ； 另
一
个是 由相对 速度 产生 的阻 尼力 。其 广义形 式可 以
Ｆ 一 Ｋ ＋ Ｃ
表示 为 ：
抗 冲击性 能要 依靠 冲击 试验 测 得 。冲击 试验 应用 的 设 备是 材 料 冲击试 验 机 ， 通 过 摆 锤 冲击 试 样 后 得 出 的冲击 吸 收功 和 冲击 力 来 衡 量 材 料 的 抗 冲击 性 能 。 冲击过 程是 个非 常 复 杂 的过 程 ， 本 文 根 据 接 触 力 学 理论 ， 应用 虚 拟平 台 ， 对 材料 冲击试验 机 冲击 过程 进
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ
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向穿透 深 度 ， 单 位为 ｍｍ； ｅ （ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ｘ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ） 为碰 撞
行 了仿 真 模拟 和计 算 ， 得 出了 冲击力 的具 体 曲线 ， 并
和实 际 的冲击试 验 数 据 进 行 了对 比 ， 分 析 总 结 了两 者 的差 别 ， 为更 深人 的研 究 打下基 础 。
ｐａ ｃ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｒ ｅ ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｃ ｏｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｙ；ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ｛ ｏｒ ｃ ｅ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ
件之 间 的接触 力 时 ， 接 触力 由两个 部分 组成 ： 一个 是
ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｓ ｄ ｒ ａ ｗｎ ．Ｔｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｉ ｍ—
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Ｖｏ ｌ ＮＥ Ｅ Ｒ Ｉ ＮＧ ＆ Ｔ Ｅ Ｓ Ｔ
Ｍａ ｒ ．２ Ｏ １ ３
冲 击 力 仿 真 计 算 与试 验研 究
蒋 东 霖 ， 邵 丽颖 ， 满长 松 ， 范 晓望 ， 许 太 ， 田立 国
（ １ ． 长春机械 科 学研 究院有 限公 司， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ； ２ ． 空军航 空大学航 空机械 工程 系， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
（ １ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ．Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ １ ２ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ａｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ