Page 153 - 《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

ω ω ωE J
Å ã Å ã
p = A J 1− e −R 1 V + B J 1− e −R 2 V + (11)
R 1 V R 2 V V
A J 、B J 、R 1 、R 2 、ω 为材料常数；p E J 为初始比内能。炸药参数及 JWL 状态
式中： 为压力； V 为相对体积；
方程参数列于表 5。

表 4 岩石材料参数

Table 4 Rock material parameters
参数符号 参数解释说明 取值 参数符号 参数解释说明 取值
ρ 0 /（kg·m ） 物质密度 2 600 孔隙压实时压力 102
−3
p crush
G/GPa 剪切模量 28.7 G c ∗ 压缩屈服面参数 0.4

f c /MPa 单轴抗压强度 154 G t ∗ 拉伸屈服面参数 0.7
N 孔隙度指数 0.697 剪切模量缩减系数 0.5

X I
拉伸应变率指数 初始损伤参数
β t 0.011 5 D 1 0.04

状态方程参数 损伤参数

B 0 1.68 D 2 1
状态方程参数 压缩应变率指数
B 1 1.68 β C 0.008 3
初始孔隙度 残余应力强度参数
α 0 1.0 A f 1.62
状态方程参数 30.64 残余应力强度参数 0.6
T 1 N f
表 5 炸药及其状态方程参数
Table 5 Explosive and its state equation parameters
JWL状态方程参数
密度/（kg·m ） 爆速/（m·s ） 压力/GPa
−3
−1
A J /GPa B J /GPa E J /GPa
R 1 R 2 ω

1 320 6 690 16 586 21.6 5.81 1.77 0.282 7.38
聚能结构的主要作用是将炸药的爆炸能量转换成聚能结构的动能，用几乎不可压缩的金属射流替
代可压缩的气体射流，来提高聚能药包的聚能威力。选取的材料可压缩性要小、密度要大、塑性和延展

性要好、在形成射流过程中不会产生汽化。本文聚能管材料选用红铜，模型关键字为：*MAT_PLASTIC_
KINEMATIC。其具体材料参数见表 6。

表 6 聚能管材料参数

Table 6 Shaped tube material parameters
−1
−3
ρ/(g·cm ) γ C 1 /(km·s ) S 1 E/(GPa) Y/MPa H c /MPa n T m /K
2.790 2.00 5.330 1.340 27.6 265 426 0.34 775
γ 为 Grüneisen T m 为常态
、
注： ρ 为红铜材料密度； 系数； C 1 为应变率硬化系数； E 为弹性模量； S 1 Y 、 H c 为材料常数； n 为应变硬化指数；
下材料的熔化温度；
3.3 岩石侵彻分析
图 14～图 18 给出了不同开张角下的岩石被侵彻过程的 von Mises 应力云图。可以看出，双线型聚
能装药结构在不同聚能张开角的工况下，12 µs 炸药爆后产生的应力波作用在双线型聚能结构药包上，
18 µs 双线型聚能结构药包形成聚能射流并与炸药分离，16 µs 聚能射流均达到炮孔壁岩石单元，并产生
应力集中，随着聚能射流的向前运动，爆轰波通过炮孔壁向外传播，岩石开始发生侵彻，20 µs 聚能射流
完 成 对 岩 石 的 侵 彻 作 用 ， 侵 彻 深 度 达 到 最 大 。 20 µs 时 ， 通 过 对 比 分 析 五 种 不 同 聚 能 张 开 角 工 况 的
Mises 应力云图，可以得出聚能张开角为 75°时，岩石的侵彻深度最深而且聚能槽方向的应力集中效应最
为显著，对称双线性聚能装药结构聚能效应达到最佳。

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