随着地下防御设施的发展，钻地武器 (EPWs) 在现代战争中被广泛用于击败深埋硬目标 (DBHTs)。一方面，通过增加侵彻体的总质量可以提高其侵彻深度，但由于运载工具的载重能力限制，质量不能无限增加。另一方面，可以通过增加撞击速度来增加侵彻深度。然而，侵彻阻力也随侵彻速度的增加而增加，因此必须将侵彻体的速度限制在一定水平，以确保弹体的结构完整性和内部载荷的安全。因此，探索新的弹体侵彻减阻机制具有重要意义。
过去几十年，人们在弹体侵彻混凝土靶的减阻设计和形状优化方面投入了大量精力。一种方法是假设轴对称弹体的头部形状可以用径向和轴向坐标空间中的平滑连续函数来描述，然后基于描述局部阻力与速度关系的理论模型，如空腔膨胀模型 (CEMs) [[1], [2], [3], [4], [5], [6]] 或圆盘模型 [7,8]，将侵彻阻力或深度表示为形状函数的泛函。Yankelevsky [9] 基于圆盘模型，通过最小化侵彻阻力讨论了侵彻土壤介质的侵彻体的最佳形状。基于空腔膨胀理论 [1]，Jones 和 Rule [10,11] 优化了考虑摩擦的侵彻半无限混凝土靶弹体的形状。Ben-Dor 等人 [[12], [13], [14], [15], [16], [17]] 通过求解最大侵彻深度的变分问题，进行了一系列关于侵彻半无限混凝土靶弹体形状优化的研究。利用解析和数值方法，他们不仅获得了“绝对最佳几何形状”，还获得了优化后的截头锥形、截头尖卵形、形状锥形和球头锥形弹体的几何形状。他们发现，绝对最佳弹体和最佳截头锥形弹体具有几乎相同的侵彻能力，且明显优于其他类型的最佳弹体。他们还发现，当身径半径与头部长度之比小于 0.5 时，所有类型最佳弹体的侵彻能力差异很小。这些结论由 Pi 和 Huang [18] 以及 Deng 等人 [19] 通过数值模拟验证。
由于大多数 EPW 的头部相对细长，变分法对其侵彻混凝土靶的改进效果有限。因此，开发了各种类型的非常规异形弹，包括非圆形截面弹体 [[20], [21], [22], [23]]、槽纹弹体 [[24], [25], [26]] 和圆形截面异形弹体 [[27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]]，其中圆形截面异形弹体具有最可靠和稳定的减阻效应。这种异形弹体也是轴对称的（因此其截面为圆形），但其头部母线不像传统弹体那样是平滑的凸曲线。Sun 等人 [[27], [28], [29]] 通过实验、数值和解析方法研究了平底圆柱头异形弹体侵彻半无限混凝土靶的情况。研究发现，与传统尖卵形头弹体相比，异形弹体的侵彻能力表现出一定程度的增强。Chai 等人 [30] 进行了尖卵形头圆柱头异形弹体侵彻半无限混凝土靶的侵彻测试，并讨论了小圆柱长度的影响。Liu 等人 [31] 设计了一种双尖卵形头弹体，其头部母线包含两个具有不同头部长径比 (CRH) 的分离尖卵形部分，以及它们之间的锥形过渡部分。他们的理论分析和数值模拟证明，这种双尖卵形头弹体比传统尖卵形头弹体具有优越的侵彻能力。Zhang 等人 [32] 和 Feng 等人 [33] 分别进行了双尖卵形头弹体和传统尖卵形头弹体侵彻混凝土靶的弹道测试。结论是双尖卵形头弹体表现出比尖卵形头弹体更好的侵彻能力，但差异并不明显。
尽管关于圆形截面异形弹体侵彻混凝土靶的研究已有很多，但仍有一些问题需要解决。在上述一些前人的研究 [[27], [28], [29], [30]] 中，混凝土靶的抗压强度低于 30 MPa，这明显低于防御工程应用中采用的典型值。此外，现有研究对侵彻减阻机制的分析基本上处于经验或半经验水平，缺乏对侵彻过程中靶体材料具体力学行为特性的考察。此外，关于不同撞击速度下头部几何特征对侵彻能力影响的讨论有限，特别是小圆柱头形状的影响。
本文提出了一项结合实验和数值的调查，关于圆形截面异形弹体侵彻类混凝土靶的情况。首先，使用单级轻气炮系统进行了两种异形弹体和一种相应的传统尖卵形头弹体侵彻半无限砂浆靶的侵彻测试。基于实验数据，定量分析了异形弹体的减阻效应。随后，根据弹道实验建立了有限元模型，并与实验数据进行了验证。通过数值方法考察了不同弹体侵彻下靶体材料的力学行为，从而揭示了异形弹体的减阻机制。最后，使用该数值模型研究了圆柱头几何特征对弹体侵彻能力的影响。
