Page 81 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 董 琪，等： 水下接触和近场爆炸作用下沉箱码头的毁伤特性 第 1 期

方程描述，材料参数设置如表 6 所示，其中：PC 为截断压力。混凝土材料模型的失效准则和失效单元处

理方式的选择对于结构破坏形态的模拟起决定性作用。LSDYNA 中，HJC 材料模型可通过失效参数
FS 设定失效准则 [18] 。经过实际试算发现通过模型自身的 FS 设定难以同时兼顾不同位置、不同形态的破
坏情况，故引入 MAT_ADD_EROSION，将其与 FS 结合定义混凝土单元的失效和删除。参考已有研究 [19-20] ，
采用 HJC 失效参数（FS）、最大主应变失效准则（MXEPS）和最大等效应变失效准则（EFFEPS）的组合对
混凝土结构在爆炸荷载下的破坏毁伤进行模拟，其中：FS 取 0.004，MXEPS 取 0.01，EFFEPS 取 0.01。

表 5 钢筋材料参数表
Table 5 Parameters of steel bar
−3
ρ 0 /(kg·m ) ν SIGY/ MPa E/GPa G s /GPa SRC/ s −1 SRP EFS VP
7 850 0.3 335 210 1.2 40 5 0.12 0

表 6 沉箱填砂参数 [21-22]
Table 6 Parameter of cabin backfill [21-22]
−3
ρ 0 /(kg·m ) E/MPa G/MPa SIGY/MPa PC/MPa EFS
1 800 47.38 16.01 7.70 −0.70 1.2

炸药采用 JWL 状态方程描述，空气用线性多项式状态方程描述，水由 Grüneisen 状态方程描述，土壤
采用线弹性模型描述，空白材料通过关键字 MAT_ALE_VACUUM 定义，上述材料具体参数 [23] 如表 7 所
示，其中：C ～C 为空气的状态方程参数，E 为空气的比内能，c、S ～S 、γ 为水的 Grüneisen 状态方程参
a
0
6
3
0
1
数 ， A 、 B 、 ω、 R ～ 1 R 为 炸 药 的 JWL 状 态 方 程 参 数 ， D 为 炸 药 的 爆 轰 速 度 ， p 为 j 炸 药 的 C-J 压 力
2
1
1
c
（Chapman-Jouguet），E 为弹性模量，G 为剪切模量。
s
s

表 7 材料参数 [23]
Table 7 Material parameters [23]
−3
材料 ρ 0 /(kg·m ) C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 E a /(J·kg )
−1
空气 1.293 0 0 0 0 0.4 0.4 0 2.5×10 5
−1
−3
材料 ρ 0 /(kg·m ) c/(m·s ) S 1 S 2 S 3 γ 0
水 1 000 1 480 2.56 −1.986 1.226 8 0.5
材料 ρ 0 /(kg·m ) A 1 /GPa B 1 /GPa ω R 1 R 2 D/(m·s ) p cj /GPa
−3
−1
炸药 1 654 374 3.23 0.3 4.15 0.95 6 390 27
材料 ρ 0 /(kg·m ) E s /MPa G s /MPa
−3
土壤 1860 22.4 8
3 水下接触爆炸下沉箱重力式码头的毁伤特性
3.1 模拟结果验证
接触爆炸下码头模型的整体毁伤较为严重，码头迎爆外墙、侧墙和上部结构均出现严重破坏。码头
迎爆面的破坏现象如图 4 所示，D 为混凝土材料的损伤程度，0≤D ≤1，D =0 代表无损伤，D =1 代表已
d
d
d
d
破坏。码头迎爆外墙正对炸药的中部部位严重内凹形成破口，中间仓格的外墙基本完全炸穿，钢筋裸露
向内凹陷，形成内窄外宽的椭圆形破口，破口周围出现环状和放射状裂缝，沉箱与上部结构接触的部位
出现横向贯穿通长裂缝，外墙损伤程度由中心向四周逐渐衰减，正对爆心的沉箱舱室破坏严重，爆心两
侧 的 沉 箱 舱 室 同 样 出 现 塑 性 损 伤 ， 数 值 模 拟 结 果 与 试 验 结 果 基 本 一 致 。 数 值 模 拟 中 ， 破 口 外 径 为

011105-6