Research on the penetration resistance characteristic of 2024-T42 aluminum alloy tube to spherical steel projectile

WANG Ligang; WANG Rihan; XIAO Siwei; TIAN Lu; DONG Qin

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.014

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Research on the penetration resistance characteristic of 2024-T42 aluminum alloy tube to spherical steel projectile

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-06-09

- Research on the penetration resistance characteristic of 2024-T42 aluminum alloy tube to spherical steel projectile
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 6, Pages: 118-123(2025)
- 作者机构：
  
  1.中国民用航空飞行学院广汉分院，广汉 618307
  2.中国民用航空飞行学院航空工程学院，广汉 618307
  3.中国民用航空飞行学院飞机修理厂，广汉 618307
- 作者简介：
  
  Tian Lu, E-mail: 984149946@qq.com
- 基金信息：
  
  Fundamental Research Funds for the Central University(ZJ2023-009;J2023-003)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.014
  CLC： V214.3
- Received：05 October 2023，
  
  Revised：28 December 2023，
  
  Published：15 June 2025
- 稿件说明：
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王立纲，王日晗，肖思维，等. 2024-T42铝合金圆管抗球形钢弹侵彻特性研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：118-123.

WANG Ligang，WANG Rihan，XIAO Siwei，et al. Research on the penetration resistance characteristic of 2024-T42 aluminum alloy tube to spherical steel projectile［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：118-123.
王立纲，王日晗，肖思维，等. 2024-T42铝合金圆管抗球形钢弹侵彻特性研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：118-123. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.014.

WANG Ligang，WANG Rihan，XIAO Siwei，et al. Research on the penetration resistance characteristic of 2024-T42 aluminum alloy tube to spherical steel projectile［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：118-123. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.014.

摘要

针对铝合金圆管在球形钢弹冲击时的抗侵彻性能，探讨不同半径和壁厚对其弹道极限速度的影响，从而为圆管的防护设计提供依据。基于Ansys/Workbench软件和Johnson-Cook材料模型建立了球形钢弹侵彻2024-T42铝合金靶板的有限元模型，并验证了该模型的有效性。此外，模拟了不同半径、壁厚的铝合金圆管在球形钢弹正向冲击下的响应特性，并分析了圆管的变形及损伤。结果表明，铝合金圆管上、下侧管壁抗侵彻能力不同，上侧上凸结构优于下侧下凹结构。圆管半径越小，上侧管壁抗侵彻性能越好；半径相同壁厚增加时，上、下管壁弹道极限速度近似线性增长。

Abstract

To explore the penetration resistance of aluminum alloy tubes under spherical steel projectile impact

focusing on the effects of varying tube radii and wall thicknesses on ballistic limit velocity

providing a foundation for tube protection design. A finite element model of spherical steel projectile penetration into 2024-T42 aluminum alloy targets was established using Ansys/Workbench software and the Johnson-Cook material model

which was then verified. Simulations of the response characteristics of aluminum alloy tubes with different radii and wall thicknesses under normal impact of spherical steel projectiles were conducted

along with an analysis of tube deformation and damage. The study found that the penetration resistance of the upper and lower walls of aluminum alloy tubes differs

with the upper convex structure outperforming the lower concave structure. A smaller tube radius enhances the penetration resistance of the upper wall

while for tubes of the same radius

increasing the wall thickness leads to a roughly linear increase in the ballistic limit velocity of both upper and lower walls.

关键词

Keywords

references

吴妍 . 2024铝合金耐腐蚀性能与力学性能研究［D］. 银川：宁夏大学， 2022 ： 1 - 67 .

WU Yan . Research on corrosion resistance and mechanical properties of 2024 aluminum alloy ［D］. Yinchuan ： Ningxia University ， 2022 ： 1 - 67 . （In Chinese）

王帅，刘伟东，冯荣欣，等 . 钢管列缩比模型抗穿甲能力研究［J］. 兵工学报， 2010 ， 31 （ 4 ）： 477 - 481 .

WANG Shuai ， LIU Weidong ， FENG Rongxin ， et al . Research on protective capability against armor piercing round of a reduced-scale steel tube model ［J］. Acta Armamentarii ， 2010 ， 31 （ 4 ）： 477 - 481 . （In Chinese）

田镇华，石少卿，崔廉明，等 . 钢管在冲击荷载作用下的变形与失效破坏［J］. 后勤工程学院学报， 2014 ， 30 （ 4 ）： 12 - 18 .

TIAN Zhenhua ， SHI Shaoqing ， CUI Lianming ， et al . Deformation and failure of the steel pipe under impact load ［J］. Journal of Logistical Engineering University ， 2014 ， 30 （ 4 ）： 12 - 18 . （In Chinese）

李金柱，齐凯丽，袁婷，等 . 冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究［J］. 北京理工大学学报， 2020 ， 40 （ 4 ）： 362 - 368 .

LI Jinzhu ， QI Kaili ， YUAN Ting ， et al . Dynamic response of thin-walled cylindrical shells suffering impact loading ［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 362 - 368 . （In Chinese）

杨喆，魏延鹏，邹金龙，等 . 薄壁圆筒冲击屈曲吸能行为的实验与数值模拟研究［J］. 兵工学报， 2014 ， 35 （增刊2 ）： 244 - 250 .

YANG Zhe ， WEI Yanpeng ， ZOU Jinlong ， et al . Experimental and numerical research on the energy absorption behavior of thin-walled tube under impact load ［J］. Acta Armamentarii ， 2014 ， 35 （ Suppl.2 ）： 244 - 250 . （In Chinese）

戴向胜，马建敏 . 冲击载荷作用下金属圆柱壳能量吸收研究［J］. 振动与冲击， 2012 ， 31 （ 6 ）： 100 - 103 .

DAI Xiangsheng ， MA Jianming . Energy absorbed by a metal tube under axial crush load ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2012 ， 31 （ 6 ）： 100 - 103 . （In Chinese）

程国强，雷建平，张善元 . 经受侧向撞击圆管的大变形分析［J］. 固体力学学报， 2000 ， 21 （ 1 ）： 57 - 60 .

CHENG Guoqiang ， LEI Jianping ， ZHANG Shanyuan . Large deformation analysis of circular tubes under lateral impact ［J］. Chinese Journal of Solid Mechanics ， 2000 ， 21 （ 1 ）： 57 - 60 . （In Chinese）

方子帆，李辉，马振豪 . 固支圆管受低速横向冲击变形响应研究［J］. 三峡大学学报（自然科学版）， 2013 ， 35 （ 5 ）： 93 - 97 .

FANG Zifan ， LI Hui ， MA Zhenhao . Research on clamped circular tube deformation response at low speed transverse impact ［J］. Journal of China Three Gorges University （Natural Sciences）， 2013 ， 35 （ 5 ）： 93 - 97 . （In Chinese）

武勇忠，路国运，雷建平，等 . 压力管道受平头弹体侧向冲击破坏的实验研究［J］. 科学技术与工程， 2003 ， 3 （ 1 ）： 6 - 9 .

WU Yongzhong ， LU Guoyun ， LEI Jianping ， et al . Experimental research on failure of pressure pipelines impacted by blunt projectiles ［J］. Science Technology and Engineer ， 2003 ， 3 （ 1 ）： 6 - 9 . （In Chinese）

周丽军，孙奇涵，门长峰，等 . 自由圆管在横向冲击载荷下的动力学行为研究［J］. 天津工程师范学院学报， 2005 ， 15 （ 3 ）： 15 - 20 .

ZHOU Lijun ， SUN Qihan ， MEN Changfeng ， et al . Research on dynamic behavior of free-free tubes impacted laterally ［J］. Journal of Tianjin University of Technology and Education ， 2005 ， 15 （ 3 ）： 15 - 20 . （In Chinese）

秦庆华，路国运，雷建平，等 . 薄壁圆管侧向冲击动力响应的仿真分析［J］. 太原理工大学学报， 2003 ， 34 （ 5 ）： 513 - 516 .

QIN Qinghua ， LU Guoyun ， LEI Jianping ， et al . Computer simulation on response of circular tubes under lateral impact ［J］. Journal of Taiyuan University of Technology ， 2003 ， 34 （ 5 ）： 513 - 516 . （In Chinese）

穆建春，张铁光 . 薄壁金属圆管在钝圆锥头弹体正冲击及斜冲击下破裂的实验研究［J］. 固体力学学报， 2000 ， 21 （ 1 ）： 49 - 56 .

MU Jianchun ， ZHANG Tieguang . Rupture of thin metal tubes by normal and oblique impact of blunt conical-nosed missiles：experiments ［J］. Acta Mechanica Solida Sinica ， 2000 ， 21 （ 1 ）： 49 - 56 . （In Chinese）

纪冲，龙源，方向，等 . 钢质圆柱壳在侧向局部冲击荷载下的变形及失效破坏［J］. 振动与冲击， 2013 ， 32 （ 15 ）： 121 - 125 .

JI Chong ， LONG Yuan ， FANG Xiang ， et al . Dynamic response and perforation failure of cylindrical shell subjected to lateral local impulsive loading ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2013 ， 32 （ 15 ）： 121 - 125 . （In Chinese）

王猛，张立佼，唐恩凌 . 薄壁管壳高速正撞击穿孔特性的数值研究［J］. 航空学报， 2015 ， 36 （ 12 ）： 3876 - 3884 .

WANG Meng ， ZHANG Lijiao ， TANG Enling . Numerical investigation on characteristics of perforation for thin cylinder pipes by normal impact at high velocity ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2015 ， 36 （ 12 ）： 3876 - 3884 . （In Chinese）

NIKNEJAD A ， ZAREEI A . Ballistic limit velocity of empty rectangular metal columns under a blunt projectile penetration ［J］. The Journal of Defense Modeling and Simulation：Applications ，Methodology，Technology， 2016 ， 13 （ 1 ）： 119 - 131 .

GARA N ， RAMACHANDRAN V ， RENGASWAMY J . Analytical and FEM analyses of high-speed impact behaviour of Al 2024 alloy ［J］. Aerospace ， 2021 ， 8 （ 10 ）： 281 .

CHENG J C ， ZHAO S P ， FAN D ， et al . Multiple ballistic impacts on 2024-T4 aluminum alloy by spheres：experiments and modelling ［J］. Journal of Materials Science & Technology ， 2021 ， 94 ： 164 - 174 .

CHENG J C ， ZHANG S ， LIU Q ， et al . Ballistic impact experiments and modeling on impact cratering，deformation and damage of 2024-T4 aluminum alloy ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2022 ， 224 ： 107312 .

RODRIGUEZ-MILLAN M ， GARCIA-GONZALEZ D ， RUSINEK A ， et al . Perforation mechanics of 2024 aluminium protective plates subjected to impact by different nose shapes of projectiles ［J］. Thin-Walled Structures ， 2018 ， 123 ： 1 - 10 .

张宇，王彬文，刘小川，等 . 2024-T42铝板抗球形钢弹侵彻特性研究［J］. 强度与环境， 2019 ， 46 （ 3 ）： 27 - 33 .

ZHANG Yu ， WANG Binwen ， LIU Xiaochuan ， et al . The ballistic performance of 2024-T42 aluminum plate subjected to impact by spherical projectile ［J］. Structure & Environment Engineering ， 2019 ， 46 （ 3 ）： 27 - 33 . （In Chinese）

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