Page 114 - 《爆炸与冲击》2025年第9期
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第 45 卷 陶子豪，等： 爆破荷载作用下透明脆性材料的三维裂纹扩展行为 第 9 期
从图 6(c) 可以看到爆后试件内部爆炸腔体
的三维裂纹形态，观察到 2 条裂纹从装药区域向
外延伸至试件边界，将试件一分为二。同时，在
爆区的另一侧裂纹向试件边界延伸，如图 6(d) 所 X-ray Receiver
source
示。根据高速影像记录可知，炮孔底部首先形成 Sample
匕首状裂纹，随即相互贯穿形成断裂面向模型边
界延伸。从试件内部裂纹结构透视图可以看出， Precision
control
试件炮孔周边区域爆炸应力波作用产生细小裂 storage table
纹并相互贯穿。受扫描精度的限制，未能完全展
现试件内部的细小裂纹，利用 AVIZO 数据处理
软件提取不同切片孔隙度，得到不同切片位置对 图 5 X 射线源 CT 扫描系统
应的体积分数，如图 6(e) 所示。体积分数为 1 说 Fig. 5 X-ray industrial CT detection system
明在此切片位置裂隙贯穿整个模型，同时，切片孔隙度为 1。从图 6(e) 可以看出，装药区域附近孔隙度接
近 1，非装药区平均孔隙度约为 0.97，说明装药区域裂纹完全贯穿整个试件，而非装药区的裂纹在扩展过
程中出现部分未完全贯通的现象。结合图 6(d) 可以看出，装药区域由于受到爆炸冲击波的直接作用，形
成高密度细小裂纹并相互贯穿，同时空孔的存在加剧了孔间裂纹的相互贯穿并最终形成爆破腔体。而
爆生气体驱动裂纹扩展，是模型产生块体的主要原因。
Scanning
3D reconstruction
direction Binarization Stack of fractures
processing
No.1
No.2
Scanning
l l Scanning l direction l
No.999 direction z z z z
No.1 000 x x x
y y y y x
(a) Scanning scheme (b) Scanning section of (c) 3D crack reconstruction process
the xOz surface
1.00
Volume fraction 0.95 z O
0.90
0.85 x
z z Loading Non-loading
area area
y O x O 0.80
0 200 400 600 800 1 000
Silce index
(d) Internal crack structure (e) Porosity curve of internal cracks
图 6 CT 扫描和三维裂纹重建
Fig. 6 CT scanning and 3D reconstruction of cracks
3 断裂面的三维形貌
断裂面的三维形貌是指介质在发生断裂时，断裂面的形状、特征以及表面结构 [18, 21-22] 。通过对断裂
面的三维形貌进行分析，能够揭示裂纹孕育机制，探究不同区域内介质的断裂模式及爆破荷载作用下裂
纹演化特征。
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