Page 134 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

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

通过以上分析并结合光弹条纹图像可见，反射爆炸应力波 PrP 波对裂纹的扩展具有抑制作用，这一

过程中运动裂纹尖端同一级数的光弹条纹的扇形面积明显减小。PrS 波能够加速裂纹的扩展，此时蝴蝶
状条纹出现不对称畸变，但是扇形总面积依然大于 PrP 波作用阶段。

3.3 裂纹尖端应力特征

图 7 为爆生主裂纹尖端的应力强度因子 K Ⅰ 、 K Ⅱ 和非奇异应力参数 σ ox 、 σ oy 、 σ oxy 的计算结果。从
图 7(a) 可以看出，在反射应力波未到达裂纹尖端时，裂纹尖端的动态应力强度因子 K Ⅰ 和 K Ⅱ 分别为
1/2
40.9 和 3.3 MPa·mm ，两者差距显著。因此，在单孔爆破作用下，爆生裂纹以Ⅰ型裂纹主控，裂纹尖端受
到垂直于裂纹面的拉应力作用。随着反射爆炸应力波 PrP 波的入射，应力强度因子 K Ⅰ 在 PrP 波波前拉
1/2
伸波的作用下先迅速上升，快速升至 144.6 MPa·mm ，随后在 PrP 波波后压缩波的作用下迅速降低，下降
至 40.3 MPa·mm 。应力强度因子 K Ⅱ 在 PrP 波的作用下持续缓慢下降，PrP 波压缩波通过裂纹尖端时，
1/2
K Ⅱ 逐渐变为负值。紧接着在 PrS 波作用下， K Ⅰ 在 45 MPa·mm 1/2 附近起伏波动，此时 K Ⅱ 则由负向正转
变，先缓慢升至 33 MPa·mm ，随后又缓慢下降到 7 MPa·mm 1/2 附近。在 PrP 波通过时，裂纹尖端应力场
1/2
虽然在发生改变，但是裂纹扩展方向始终不变。然而，当 PrS 波通过时，裂纹尖端受到剪切作用，裂纹扩
展方向发生偏转，出现不稳定波浪状向前传播的现象。

150
K Ⅰ 40
PrS-wave
K Ⅱ 20
K Ⅰ /(MPa·mm 1/2 ) 100 0 K Ⅱ /(MPa·mm 1/2 )

50 −20

PrP-wave −40
45 50 55 60 65 70 75 80 85
t/µs
(a) Time history curves of dynamic stress intensity factors K and K Ⅱ
Ⅰ
10
σ ox PrS-wave
σ oy
5 σ oxy
Stress/MPa 0

−5
PrP-wave

−10
45 50 55 60 65 70 75 80 85
t/µs
(b) Time history curves of non-singular stresses σ ox , σ oy and σ oxy
图 7 反射爆炸应力波作用下应力强度因子和非奇异应力参数随时间的变化
Fig. 7 Changes of stress intensity factors and non-singular stresses with time under the action of reflected explosion stress wave

图 7(b) 为反射爆炸应力波作用过程中，非奇异应力项 σ ox 、 σ oy 和 σ oxy 随时间的变化曲线。非奇异应
σ ox 在反射爆炸应力波未抵达时为正值，为 σ oxy 均为负值，绝对值分别为 和
力项 0.93 MPa， σ oy 和 0.30
0.96 MPa。在 PrP 波波前拉伸波入射后， σ ox 和 σ oxy 先增大，在 t=55.00 μs 达到这一阶段的峰值，分别为

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