Page 132 - 《爆炸与冲击》2025年第6期
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第 45 卷 周星源，等： 反射爆炸应力波作用下动静裂纹的贯通机理 第 6 期
图 5 为爆生主裂纹扩展过程的光弹等差条纹系列图片。本实验中反射波的产生有两方面的原因：
一是爆炸应力波在试件边界发生反射，二是爆炸应力波在预制裂纹面发生反射。当爆生主裂纹出现时，
在预制裂纹面产生的反射波波阵面已经传播通过炮孔，对裂纹尖端应力场的干扰不做考虑。由于试件
的长宽比为 3∶1，避免了试件两侧竖直边界产生的反射波干扰主裂纹扩展，只有上下侧水平边界返回的
反射波作用于主裂纹尖端。
PrP-wave
Rayleigh
10 mm 10 mm 10 mm 10 mm
t=40.00 µs t=43.33 µs t=46.67 µs t=50.00 µs
PrP-wave
compression PrS-wave
PrP-wave
stretching
10 mm 10 mm 10 mm 10 mm
t=53.33 µs t=56.67 µs t=60.00 µs t=63.33 µs
10 mm 10 mm 10 mm 10 mm
t=66.67 µs t=70.00 µs t=73.33 µs t=76.67 µs
图 5 爆生主裂纹扩展过程的光弹等差条纹系列图片
Fig. 5 Photoelastic fringes of blast-induced main crack propagation
在爆炸载荷作用下，爆生主裂纹沿着切槽方向扩展。炮孔到试件上下边界的距离相同，因此 P 波到
上下边界并反射的现象可以认为是对称的，这里简化问题，对上边界反射波进行着重讨论。在 t=40.00 μs
时，爆生裂纹尖端出现对称的蝴蝶状等差条纹，表明裂纹为Ⅰ型主控，即裂纹主要在拉应力的作用下扩
展。爆炸应力波传播到试件上边界，随后返回 P 波的反射 P 波（reflected P-wave, PrP 波）。在 t=46.67 μs
时，PrP 波传播到预制裂纹的上端，产生应力集中，出现等差条纹。此时 PrP 波在预制裂纹面上发生波形
转换，产生 Rayleigh 波，在预制裂纹面上形成了更密集的条纹，沿着预制裂纹面从一端向另一端扩展。
在 t=60.00 μs 时，Rayleigh 波抵达预制裂纹另一尖端，可以见到尖端处光弹条纹明显增加。
在 t=56.67 μs 时，PrP 波波前应力场与裂纹尖端应力场发生叠加，裂纹尖端等差条纹发生明显畸变，
第 2.5 级蝴蝶状条纹的面积明显增大，表明 PrP 波使裂纹尖端应力场增强，PrP 波波前为拉伸应力场。在
t=60.00 μs 时，裂纹尖端蝴蝶状条纹的面积减小，此时裂纹尖端应力场受 PrP 波的压缩应力场叠加影响。
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