Page 175 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 张渊通，等： 爆炸应力波在梯度介质中的可视化传播 第 2 期

值位置。在 40 μs 时，能够通过动光弹条纹的形态特征区分压缩波（P 波）和剪切波（S 波）。在实验的后
期（48 μs），爆炸应力波已经扩展到试件的边缘，为了避免反射拉伸波的影响，后续数据不再分析，此时炮
孔附近已经有数条爆生裂纹开始扩展。为了同步进行数字图像相关实验，动光弹实验中采用明场对条
纹图片进行采集，因此，条纹级数为半数级（0.5、1.5、2.5···），设定 8 个测点进行测量和对比，如图 4(a)
所示，右侧完整材料段的测点为 1～4，左侧梯度材料段的测点为 1′～4′。
材料的应力为测点位置的应变乘以对应材料的弹性模量。图 5 给出了正向梯度材料中各个测点的
应力时程曲线，梯度材料段与完整材料段的应力时程曲线具有相似性。应力峰值随着爆炸应力波传播
距离的增大而衰减，水平应力的变化曲线具有双峰值的特点，第一个峰值比第二个峰值要大，之后应力
时程曲线开始振荡变化，这是由于爆炸应力波在节理之间来回反射造成的。在梯度材料段，爆炸应力波
水平应力衰减速度为 0.94；在完整材料段，爆炸应力波水平应力衰减速度为 0.21。在正向梯度材料中，水
平应力的衰减速度是完整材料段的 4.48 倍。
4

2
2 0 y=−17x −0.21 , R =0.98
2
0
Horizontal stress/MPa −2 y=−99x −0.94 , R =0.98 Horizontal stress/MPa −2
−4
−4
2
−6
Point 1′ (25 mm)
Point 2′ (55 mm)
−8
Point 3′ (85 mm) −6 Point 1 (25 mm)
Point 2 (55 mm)
−8
−10 Point 4′ (115 mm) Point 3 (85 mm)
Point 4 (115 mm)
−10
−10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Time/μs Time/μs
(a) Gradient material section (b) Complete material section
图 5 正向梯度材料的水平应力时程曲线
Fig. 5 Horizontal stress time history curves of positive gradient material

在 正 向 梯 度 材 料 中 ， 动 态 光 弹 条 纹 级 数
3.5 2
如图 6 所示，横坐标为爆炸应力波传播的距离， 3
3.0 4
纵坐标为每个测点对应的条纹级数。由于距离 2′
2.5 3′
炮孔最近的 1/1′点条纹级数过于密集，因此，只 2.0 4′
对比剩余的 3 对数据。从图 6 可以看出，左右两 Finge order 1.5
组的条纹级数变化得并不明显，对称位置处的条
1.0
纹级数几乎可以重合，测点 2/2′和测点 3/3′的最 0.5
大条纹级数基本相同，在最后的测点 4/4′处，最 0
大条纹级数衰减到 1.5。条纹级数先增大后减 30 35 40 45 50 55 60 65
小，只显示出爆炸 P 波的单个峰值。 Distance/mm
2.2 爆炸应力波在反向梯度介质中的传播 图 6 正向梯度材料中条纹级数分布
Fig. 6 Fringe series distribution in positive gradient materials
规律
图 7 给出了炸药爆炸后爆炸应力波在反向梯度介质（E1-E2-E3-E4）中的传播过程。与爆炸应力波在
正向梯度介质中的传播（图 4）相比，动光弹条纹相对比较稀疏，在 16 μs 时就可以区分出条纹级数，原因
在于，在反向梯度介质中，初始爆炸位于强度较高的介质中，爆炸应力在传播过程中的梯度变化更小。24 μs
时，可以直观地发现在第一个节理面两侧，动光弹条纹级数没有发生太大的变化，相同级数的条纹保持
很好的连续性，在节理面右侧没有发现明显的反射波。爆炸应力波向四周扩展，在 48 μs 左右扩展到试

件的边界。正常情况下，介质的性质不同，爆炸应力波传播的速度不同，但是因为试件尺寸的限制，2 种
情况下爆炸应力波到达边界的时间差距不大，因此，本文主要从动光弹条纹的形态、级数和应力角度对

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