Page 47 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 郑 成，等： 基于板厚补偿的不同型号钢制靶板在舱内爆炸载荷作用下的等效方法 第 12 期

用 Solid 实体单元模拟螺栓，螺栓的预紧力 [11] 为： Air domain

F = M/(Kd) (3)
式中：M 为螺栓提供的扭矩，M = 60 N·m；K 为扭
矩系数，K = 0.2；d 为螺栓直径，d = 16 mm。因
此，每枚螺栓的预紧力 F = 18.75 kN。
数值计算模型中，将螺栓及内压板设置为
固支边界，约束 6 个方向的自由度，保留外压板
在 x 方向的平动位移，约束其余 5 个方向的自由
Fixed support
度，并在外压板表面施加大小为 36 枚螺栓的预
紧力之和的均布压力，在靶板外侧的空气域表面 Flow-out boundary
设置流出边界，为清晰显示边界设置，展示全尺 图 4 空气域及边界条件设置
寸模型如图 4 所示。采用 Euler-Lagrange 全耦合 Fig. 4 Air domain and boundary condition settings
计算方法，由于只有靶板受到载荷，所以只选择靶板与欧拉域耦合。
1.1.3 炸药参数
TNT 球形炸药填充在模型中心位置，起爆点设置在球心处。炸药使用 Jones-Wilkins-Lee (JWL) 状态
方程，即：
Å ã Å ã
ω ω ωE
p = C 1 1− e−r 1 v+C 2 1− e−r 2 v+ TNT (4)
r 1 v r 2 v v
2 ω 为 JWL v 为相对体积，E T 为单炸药的初始体积内能。具
1
2
式中：C 、C 、r 、r 和 状态方程的特征参数， TN
1
体参数如表 2 所示，表中 D 为爆轰速度，p 为 J CJ (Chapman-Jouguet) 爆压。
C

表 2 TNT 炸药的 JWL 状态方程参数
Table 2 Parameters of the JWL equation of state for TNT explosive
−1
C 1 /GPa C 2 /GPa r 1 r 2 ω D/(m·s ) p CJ /GPa
373.8 3.747 4.15 0.9 035 6 930 21
3
TNT 的药量包括 120、230、460、920 和 1 150 g，舱室模型腔内体积为 1.152 m ，则每个 TNT 的药量
m T 与封闭空间舱室内部体积 V 之比 α 如表 3 所示，r T 为装药半径。
c
TN TN

表 3 TNT 炸药的装药参数
Table 3 Parameters for TNT explosive charges
−3
m TNT /g α/(kg·m ) r TNT /mm
120 0.1 25.99
230 0.2 32.23
466 0.4 40.71
920 0.8 51.29
1 150 1.0 55.26

1.2 数值仿真结果的正确性验证
根据建立的数值仿真模型计算得到各工况下靶板中心变形与实验结果 [12] 进行比较，如表 4 所示，表
中 δ 为靶板厚度，w p 为靶板变形实验值，w m 为靶板变形仿真值。
ex si
通过与实验结果的对比，可以发现，针对不同厚度靶板，各工况数值仿真的靶板变形结果与实验结
果的最大相对误差为 5.6%。对爆炸实验的靶板进行三维扫描，通过 PloyWorks 后处理软件得到靶板试

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