Page 96 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 马路遥，等： 孔隙坍塌行为对多孔材料冲击压缩特性的影响理论分析 第 12 期

2 800 3.0
σ y =0.12 GPa 2.4 σ y =0.12 GPa
σ y =0.448 GPa
σ y =0.448 GPa
Shock wave velocity/(m·s −1 ) 1 680 Test [16] Shock pressure/GPa 1.8
2 240
σ y =0.6 GPa
σ y =0.6 GPa
1.2
1 120
560

0 0.6
190 380 570 760 950 0 80 160 240 320 400
−1
−1
Particle velocity/(m·s ) Particle velocity/(m·s )
图 11 不同屈服强度下多孔铜 Hugoniot 数据计算得到的 图 12 不同屈服强度下多孔铜 Hugoniot 数据计算得到的
冲击波速度和粒子速度关系与试验结果 [16] 对比 冲击波压力和粒子速度关系
Fig. 11 Comparison of the relation between shock wave velocity Fig. 12 Relation between shock pressure and particle velocity
and particle velocity calculated from porous copper Hugoniot calculated from porous copper Hugoniot data
[16]
data with test results under different yield strengths under different yield strengths

7 000 8.0
α 0 =1.118 6.4 α 0 [29]
α 0 =1.118
α 0 =1.364
Shock wave velocity/(m·s −1 ) 4 200 Shock pressure/GPa 4.8 α 0 [29]
5 600
α 0
α 0 =1.639
α 0 =1.364
[29]
α 0 =1.639
3.2
2 800
1 400
0 1.6
600 1 200 1 800 2 400 3 000 0 90 180 270 360 450
Particle velocity/(m·s ) Particle velocity/(m·s )
−1
−1
图 13 不同初始孔隙度下多孔铁 Hugoniot 数据计算得到的 图 14 不同初始空隙度下多孔铁 Hugoniot 数据计算得到的
冲击波速度和粒子速度关系与试验结果 [29] 对比 冲击波压力和粒子速度关系
Fig. 13 Comparison of the relation between shock wave velocity Fig. 14 Relation between shock pressure and particle velocity
and particle velocity calculated from porous iron Hugoniot calculated from porous iron Hugoniot data
[29]
data with test results under different initial porosities under different initial porosities
4 结 论

(1) 孔隙坍塌行为会导致多孔材料具有反常的压缩曲线，冲击波形成过程中将出现 1 个前驱冲击波
和 1 个后继冲击波，且在压力进一步提高时发生后继冲击波对前驱冲击波的追赶。因此，多孔材料中存
在 3 种冲击波模式，分为低压单波模式、双冲击波模式和高压单波模式。
(2) 基于 Carroll 的工作建立了修正孔隙坍塌关系，结合 Wu-Jing 物态方程与冲击波基本关系，建立
了与多孔材料中的不同冲击波模式相容的 Hugoniot 数据计算模型。其中与单波模式相容的计算模型解
决了低压时 Wu-Jing 方程不能计算得到临界比容的问题。本文的计算模型与已有试验结果吻合较好，反
映了多孔材料的前驱冲击波波速和低压区的反常冲击波波速。
(3) 基于本文模型分析了孔隙坍塌关系中基体屈服强度、剪切模量、初始孔隙度对冲击波参量的影
响规律。前驱冲击波波速随基体屈服强度、剪切模量增大而提高，随初始孔隙度增大而降低；初始孔隙
度、基体屈服强度均可影响材料的后继冲击波 Hugoniot 数据，冲击波速度与冲击压力的计算结果与基体
强度正相关、与初始孔隙度负相关；尽管终态压力提高，不同基体屈服强度的 Hugoniot 数据趋于一致，但
是对多孔材料的低压区 Hugoniot 数据的计算不应忽略基体屈服强度的影响。

123102-10