Page 152 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 尤元元，等： 爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度 第 2 期

10° 8.5° 8.5° 5° 5.3°

Blast hole connecting direction Blast hole connecting direction Blast hole connecting direction

(a) Cylindrical charge package (b) Bilinear shaped charge with an (c) Bilinear shaped charge with an
opening angle of 60° opening angle of 75°

图 11 试件局部损伤
Fig. 11 Local damage of specimens
3 单孔双线型聚能数值模拟

3.1 模型建立
为进一步研究聚能张开角对双线型聚能结构药包聚能效果的影响，利用 LS-DYNA 非线性有限元软
件建立三维计算模型。模型是建立在无限体假设基础上的平面应力问题，建立模型的同时必须考虑模
型尺寸以及划分网格的数量问题，模型的尺寸越大，需要划分的网格相对越多，计算量也就越大，同时模
型边界如果为自由面，那么由于反射而形成的拉伸波又会对无限体模型带来影响 [17] 。该模型为 1/4 对称
准静态模型，模型主体的尺寸长 100 cm，宽 100 cm，厚度为 0.1 cm，炮孔直径为 90 cm，药柱直径为
4.5 cm，双线性聚能结构厚度为 0.2 cm，聚能槽顶点位置距药包中心 1.5 cm，聚能结构聚能槽张开角分别
为 60°、65°、70°、75°、80°。在 z 方向设置法向约束，在对称轴上分别设置对应的对称边界条件，由于实
x y 边界上设置无
际岩体可看作无限大，为了防止建模时在岩体边界处产生应力波的反射作用，在岩石 、
反射边界条件。图 12 双线型聚能物理模型，图 13 为数值计算模型。

Rock and ALE grid area Rock Explosive

Rock and air coupling area

Shaped charge structure
Explosive Air Shaped charge structure

图 12 双线型聚能物理模型 图 13 数值计算模型
Fig. 12 Physical model of bilinear shaped charge Fig. 13 Numerical calculation model

3.2 数值模拟本构模型及参数选取
LS-DYNA 包含了多种材料模型，可以用来模拟爆破下岩石的损伤演化。本研究中选用 RHT 材料
模型如表 4 所示，该模型能够表征高应变率爆炸荷载下的岩体行为。它是一种适用于混凝土、岩石等脆
性材料的塑性模型。文献表明 [18-20] ，RHT 材料模型能够成功地纳入非线性岩石特性。
本文炸药本构模型选用 LS-DYNA 自带的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 模型，爆轰产物的 JWL
状态方程选用适当的参数定量描述爆轰产物的压力与体积变化关系：

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