破片尺寸与人体躯干损伤程度的关系分析

在保持破片动能(78 J)、质量(3 g)、速度(228 m/s)、形状(球形)和命中部位(有骨骼)不变的情况下,通过改变破片的密度,研究破片尺寸(球形破片直径)对人体躯干损伤的影响,即0.44 cm、0.69 cm、0.90 cm、1.27 cm、1.48 cm,对应的破片密度分别为65.55 g/cm3、17.56 g/cm3、7.83 g/cm3、2.82 g/cm3、1.78 g/cm3,数值模拟结果如图7.10、图7.11和表7.6所示。

图7.10显示了不同破片尺寸下,破片正向运动速度衰减为0后停留在人体躯干中或击穿心脏后的位置。对于直径为0.44～1.48 cm的球形破片,其在人体组织中的运动状态均比较平稳。直径为0.44 cm的球形破片可以于980μs时击穿心脏;当球形破片直径为0.69 cm时,可以击入心脏但无法击穿,击入心脏的深度为0.63 cm,破片最终于1 594μs时停留在肌肉和心脏接触面处;当球形破片直径为0.90 cm、1.27 cm和1.48 cm时,破片均能击入胸骨但不会击穿,击入胸骨的深度分别为0.74 cm、0.40 cm和0.39 cm,破片最终分别于234μs、210μs和202μs停留在胸骨前部与肌肉接触面处。因此,在其他破片特征参数一定的情况下,小尺寸破片更容易击穿人体躯干,从而对人体躯干造成致命损伤。

图7.10　不同尺寸的破片在人体躯干中的运动状态

(a)S-78-228-3-0.44;(b)S-78-228-3-0.69;(c)S-78-228-3-0.90;(d)S-78-228-3-1.27;(e)S-78-228-3-1.48

图7.11显示了不同破片尺寸下,破片在人体躯干中的运动规律。直径为0.44 cm的球形破片可以击穿心脏,击穿心脏后的剩余速度为134.88 m/s,剩余动能为27.61 J;直径为0.69 cm、0.90 cm、1.27 cm和1.48 cm的球形破片均无法击穿心脏,其剩余速度和剩余动能均为0,空腔长度分别为9.27 cm、3.66 cm、3.32 cm和3.31 cm。由此可以得出,尺寸对破片的杀伤效果具有非常显著的影响,其影响规律表现为:破片尺寸越小,则破片击穿心脏后的剩余动能和剩余速度越大,人体躯干组织中形成的空腔长度也越大,但破片在人体躯干组织中形成的空腔开口尺寸却随着破片尺寸的减小而减小,这是由破片的尺寸效应造成的。破片尺寸对其运动规律的影响主要与破片射击人体躯干过程中受到的阻力有关。大尺寸破片在射击人体躯干过程中,与人体躯干的作用面积较大,受到的阻力也就越大,因此,大尺寸破片能量衰减速度也就越快,从而导致破片的击入深度(空腔长度)越小。小尺寸破片的作用面积较小,受到的阻力较小,能量衰减较慢,造成的空腔尺寸较大。

图7.11　破片尺寸对破片运动规律的影响(www.xing528.com)

(a)破片动能变化曲线;(b)破片速度变化曲线

图7.11　破片尺寸对破片运动规律的影响(续)

(c)破片位移变化曲线

表7.6　破片尺寸对人体躯干损伤的影响

数值模拟结果表明:即使动能、质量、速度、形状和命中部位完全相同的破片,其几何尺寸也会显著影响破片的杀伤效果,而几何尺寸又是由破片的材料密度反映的,因此,破片的材料类型也是一个非常重要的影响因素。破片尺寸越小(破片密度越大),其对人体躯干的击入深度越大,故小破片更容易击入人体躯干,从而造成严重的损伤。