破片速度对人体躯干损伤的影响

根据不同破片动能(速度)和破片动能(质量)的数值模拟结果得到破片造成人体躯干致命损伤的临界动能为78 J,因此,在保持破片动能为78 J且形状(球形)、尺寸(直径0.69 cm)和命中部位(有骨骼)不变的情况下,通过改变破片的密度,研究破片质量(速度)对人体躯干损伤的影响,即1 g(395 m/s)、2 g(280 m/s)、3 g(228 m/s)、4 g(197 m/s)、5 g(177m/s),对应的破片密度分别为5.85 g/cm3、11.70 g/cm3、17.56 g/cm3、23.41 g/cm3、25.26 g/cm3,数值模拟结果如图7.8、图7.9和表7.5所示。

图7.8显示了不同破片质量(速度)下,破片正向运动速度衰减为0后停留在人体躯干中的位置或击穿心脏后的位置。对于所有质量(速度)的破片,其在人体躯干中的运动都很平稳。当破片质量(速度)为1 g(395 m/s)时,可以击入胸骨0.92 cm,但不会击穿,破片最终于146μs时停留在肌肉与胸骨的接触面处;当破片质量(速度)为2 g(280 m/s)时,破片可以击穿胸骨但不会击入心脏,最终于830μs时停留在肌肉中;当破片质量(速度)为3 g(228 m/s)时,可以击入心脏0.63 cm,但不会击穿,破片最终于1 594μs时停留在肌肉和心脏接触面处;质量(速度)为4 g(197 m/s)和5 g(177 m/s)的破片均可以击穿心脏,击穿时间分别为2 470μs和2 360μs。

图7.8　不同质量(速度)的破片在人体躯干中的运动状态

(a)S-78-395-1-0.69;(b)S-78-280-2-0.69;(c)S-78-228-3-0.69;(d)S-78-197-4-0.69;(e)S-78-177-5-0.69

图7.9显示了破片初始动能为78 J时,质量(速度)对破片运动状态的影响。质量(速度)为1 g(395 m/s)、2 g(280 m/s)和3 g(228 m/s)的破片均无法击穿心脏,其剩余速度和剩余动能均为0,最大空腔长度分别为3.84 cm、5.87 cm和9.27 cm。然而,质量(速度)为4 g(197 m/s)和5 g(177 m/s)的破片均可以击穿心脏,击穿心脏后的剩余速度分别为36.46 m/s和43.13 m/s,剩余动能分别为2.70 J和4.72 J。由此得出,破片初始动能为78 J时,破片质量越大,则破片杀伤效果越强;但破片初速度越大,破片杀伤效果反而越弱,这与破片速度影响规律的研究结论矛盾,主要是由于破片质量也是变化的。因此,在该破片动能下,损伤程度主要由破片质量决定。

图7.9　破片质量(速度)对破片运动状态的影响(www.xing528.com)

(a)破片动能变化曲线;(b)破片速度变化曲线

图7.9　破片质量(速度)对破片运动规律的影响(续)

(c)破片位移变化曲线

表7.5　破片质量(速度)对人体躯干损伤的影响

数值模拟结果表明:当破片动能、形状、尺寸和命中部位一定时,破片质量和速度均会显著影响人体躯干的损伤程度。破片质量越大(初速度越低),心脏越容易被击穿,破片击入深度(空腔长度)也越大,因而破片对人体躯干的损伤也就越严重。同时,在该破片动能下,破片质量对损伤程度的影响起决定性作用。即使初始动能相同的破片,其他特征参数的不同也会显著影响破片的杀伤效果。因此,在评价破片对人体躯干的杀伤作用时,不能只考虑破片动能对杀伤效果的影响,还应该综合考虑破片质量和速度等特征参数的影响。