Page 152 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 第 2 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 2
2026 年 2 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Feb., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0175

剪切增强和应变率效应对混凝土类

材料状态方程的影响 *

高 矗 ，孔祥振 ，贾永胜 ，王子豪 3
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（1. 江汉大学精细爆破全国重点实验室，湖北 武汉 430056；
2. 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室，江苏 南京 210007；
3. 中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室，安徽 合肥 230027）

摘要： 为研究爆炸冲击荷载作用下剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，基于水泥砂浆
静水压缩和平板撞击 2 类状态方程行为实验，利用 Kong-Fang 混凝土类材料流体弹塑性模型和 LS-DYNA 中光滑粒子
伽辽金（smoothed particle Galerkin, SPG）算法，建立能科学表征混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复
杂动态力学行为的高精度数值模型。在此基础上，定量分析剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程行
为的影响，并指出剔除平板撞击实验中剪切增强和应变率耦合效应所面临的困难。结果表明：利用 Kong-Fang 模型和
SPG 算法可精确模拟混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复杂动态力学行为；为实现爆炸冲击荷载
作用下混凝土类材料在高-中-低压下动态力学行为的精细化模拟，要依据可靠的状态方程行为实验数据建立混凝土类
材料宽广压力范围状态方程；在利用平板撞击实验数据标定状态方程参数时，须剔除剪切增强和应变率耦合效应的影响；
建立混凝土类材料宽广压力范围状态方程存在悖论，利用数值迭代策略可能是解决困难的有效手段。研究结论可为
后续利用数值迭代策略剔除剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，并进一步建立爆炸冲击荷
载作用下混凝土类材料高精度宽广压力范围状态方程提供依据。
关键词： 混凝土类材料；爆炸冲击荷载；状态方程；剪切增强效应；应变率效应
中图分类号： O347.3 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Influence of shear-enhanced compaction and strain-rate effects
on the equation of state for concrete-like materials

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GAO Chu , KONG Xiangzhen , JIA Yongsheng , WANG Zihao 3
（1. State Key Laboratory of Precision Blasting, Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei, China;
2. State Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation of Explosion and Impact,
Army Engineering University of PLA, Nanjing 210007, Jiangsu, China;
3. CAS Key Laboratory for Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and
Technology of China, Hefei 230027, Anhui, China）

Abstract: To investigate the shear-enhanced compaction effect and strain-rate effect on the equation of state (EoS) of
concrete-like materials subjected to blast and impact loadings, high-fidelity numerical simulations were performed based on
two types of EoS behavior tests for cement mortar, including hydrostatic compression tests and flyer-plate impact tests. These
simulations employed the Kong-Fang hydro-elasto-plastic model for concrete-like materials and were implemented using the
smoothed particle Galerkin (SPG) algorithm in LS-DYNA, enabling accurate reproduction of complex dynamic mechanical

* 收稿日期： 2025-06-12；修回日期： 2025-11-07
基金项目： 国家自然科学基金（52478524，52522814，U25A20355）；湖北省自然科学基金（2025AFB632）
第一作者： 高 矗（1988－ ），男，博士，副教授，gaochu0617@163.com
通信作者： 孔祥振（1988－ ），男，博士，教授，ouckxz@163.com

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