Page 107 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 第 5 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 5
2025 年 5 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES May, 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0177

近爆条件下高强钢板的抗爆性能与

几何参数影响规律研究 *

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王宇相 ，张国凯 ，刘黎旺 ，吴玉欣 ，刘 举 ，姜 龙 1
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（1. 南京理工大学安全科学与工程学院，江苏 南京 210094；
2. 南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094）
摘 要 ： 为 研 究 近 爆 载 荷 作 用 下 高 强 钢 板 的 抗 爆 性 能 ， 首 先 利 用 ANSYS/LS-DYNA 软 件 开 展 了 高 强 钢 材 料 的
SHPB 冲击试验模拟，标定了表征高强钢动态本构的 Johnson-Cook 模型参数；基于该参数开展了 84 组近爆条件下高强
钢板的爆炸模拟，系统分析了爆炸冲击波与钢板的相互作用过程，阐明了钢板的宽度及厚度等几何参数对其变形特征
与破坏模式的影响规律。此外，通过汇总分析数值模拟结果，进一步提供了近爆作用下高强钢板最大变形位移的预测
模型。研究表明：Johnson-Cook 模型能有效模拟高强钢在高应变率下的力学行为；在冲击波传播方面，高强钢板厚度的
增加会削弱冲击波穿透钢板后的影响范围；针对不同几何参数的高强钢板，近距离爆炸荷载会造成花瓣形破口、小破
口以及大变形 3 种毁伤模式，且钢板厚度是决定其破坏模式的重要因素；在大变形毁伤模式下，钢板厚度的增加或边
长的减小会提高其抗爆能力，宽厚比与钢板抗爆性能呈正相关。
关键词： 高强钢板；Johnson-Cook 模型；近距爆炸荷载；几何参数
中图分类号： O383 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Investigation on geometric parameters effect and blast resistance of
high-strength steel plates under near-field explosions

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WANG Yuxiang , ZHANG Guokai , LIU Liwang , WU Yuxin , LIU Ju , JIANG Long 1
（1. School of Safety Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China;
2. School Of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China）
Abstract: High-strength steel has excellent mechanical properties, which has been utilized in the fields of explosion and
impact. In order to study the blast resistance of high-strength steel plates, ANSYS/LS-DYNA software was first used to

simulate the impact test on high-strength steel materials. By comparing with experimental results, the Johnson-Cook model
parameters characterizing the dynamic constitutive behavior of high-strength steel are determined. Based on the above model
parameters, the explosion simulation of high-strength steel plates under near-field explosions is further carried out. The
interaction process between the explosion shock wave and the steel plate is systematically analyzed, and the size effects of the
steel plate on its deformation characteristics and failure mode are explained. The results show that the Johnson-Cook model can
effectively simulate the mechanical behavior of S690 high-strength steel at high strain rates. High-strength steel plates have a
weakening effect on the propagation of shock waves. With the increase of steel plate thickness, the propagation range of shock
wave through steel plate decreases gradually. For high-strength steel plates of different geometric dimensions, near-field
explosions will cause three damage modes: petal-shaped fracture, small fracture and large deformation. It is found that the

* 收稿日期： 2024-06-12；修回日期： 2024-10-06
基金项目： 国家自然科学基金 (52278504)；江苏省自然科学基金 (BK20220141)
第一作者： 王宇相（1999－ ），男，硕士研究生，wangyuxiang@njust.edu.cn
通信作者： 张国凯（1988－ ），男，博士，教授，博士生导师，gkzhang@njust.edu.cn

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