弹丸侵立于金属靶是弹靶侵彻作用模式之一,通过半侵彻弹丸滞留于靶面上可实现特定的作用效应。本文通过量纲理论、低速气炮试验、材料微观实验和数值模拟等手段开展了金属弹靶半侵彻作用相似性及侵立特性研究。基于量纲理论获得了影响半侵彻弹道特性的主控参量,以及弹丸侵彻位置等参量的相似准则,并确定了几何缩比和非相似材料模拟所需满足的相似条件;根据弹靶材料特点和弹靶作用条件,给出了几何缩比模型与材料拟似的试验方案。通过半侵彻气炮试验,验证了几何与非相似材料模拟的半侵彻作用相似性,通过铝弹丸、钢弹丸半侵彻铝靶的几何缩比与非相似材料模型试验,均可实现正常侵立,不同几何模比与非相似材料模拟试验数据误差均小于5%。典型试验结果表明,弹头凹槽可有效侵入靶板,靶材塑性变形,形成对弹丸反弹阻力;靶材塑性变形能力及冲击韧性直接影响弹头凹槽内材料与结构的贴合度,以及靶材损伤破坏及裂纹的形成。通过弹靶半侵彻动态作用的数值模拟研究,在与试验结果校验基础上,进一步对大模比与高强钢侵彻高韧靶的几何条件和非相似材料模拟条件进行了验证;获得了弹靶半侵彻作用随时空演变的特性,基于试验与仿真数据,获得了弹丸半侵彻位置随弹速变化的无量纲经验公式。基于靶材微观特性分析、弹靶动态冲击下靶材流动变形失效以及不同条件靶材流动变形对侵立的影响,获得了弹头凹槽结构、弹速对侵立的影响规律,随着冲击速度增加靶材形变区域增加,靶材损伤累积变大,容易导致凹槽处材料断裂;并获得了凹槽结构对靶材损伤失效的影响规律。