Page 179 - 《爆炸与冲击》2026年第2期
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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


               后受  S 波的影响，能流密度又有所提高。测点                2/2′                表 2    能流密度衰减比例
               处，经过第一层节理的衰减作用，能流密度的峰                           Table 2    Proportion of energy flow density attenuation
               值降低。测点      3/3′处，经过两层节理的衰减作用，                      正向梯度材料的能流密度          反向梯度材料的能流密度
               能流密度不仅在峰值上有所降低，而且峰值时间                         测点  完整段/   梯度段/          完整段/   梯度段/
                                                                                比例                   比例
                                                                     −3
                                                                           −3
                                                                                                −3
                                                                                          −3
               也有所延迟，梯度材料段的能流密度衰减速度为                              (J·m )  (J·m )       (J·m )  (J·m )
               0.73，完整材料段的能流密度衰减速度为                 0.40。    1/1′  10 363  9 797  1.057 773  6 470  6 384  1.013 471
                   为了进一步分析       2 种传播路径下爆炸能流密               2/2′  6 916  5 862  1.179 802  5 634  4 876  1.155 455
                                                             3/3′  5 021  3 563  1.409 206  4 589  3 984  1.151 857
               度的衰减特征，统计两侧相同位置处的能流密度
                                                             4/4′  3 760  1 838  2.045 702  3 543  2 445  1.449 080
               的比值（表    2）。在正向梯度材料中，能流密度衰减
               的速度更快，在测点        4/4′处，完整侧的能流密度是                    2.2
               节理侧能流密度的        2.05 倍。而在反向梯度相同测                    2.0
               点位置处，完整侧的能流密度只是节理侧能流密度                                        Positive gradient
                                                                             Reverse gradient
               的  1.45 倍。因此，从能量的角度进行分析，爆炸应                         1.8
               力波在正向梯度材料中的传递属于吸能过程。                               Ratio of energy flow density  1.6
                   从图   13  中可以直观地看到，正向梯度和反                        1.4
               向梯度材料中能流密度的衰减趋势，距离爆炸点                               1.2
               越远，能流密度之比越大。能流密度之比越大代                               1.0
               表能量衰减越快，在距离爆炸点较近的测点                    1  和            1/1′      2/2′     3/3′     4/4′
               测点  2，能流密度之比几乎相同，说明在爆炸近                                              Point
               区能量的衰减程度一致，但是随着距离的增大，正                                   图 13    能流密度衰减速度比较
               向梯度材料中的能流密度之比逐渐大于反向梯                             Fig. 13    Comparison of energy flow density attenuation
               度材料，说明正向梯度材料中能流密度衰减的程度更大，在“弱-中-强”的结构中，吸能的效果更加明显。

                3    结 论

                   利用动态光弹性-数字图像相关综合实验系统，研究了爆炸应力波在正向梯度和反向梯度                                         2  种路径
               下的传播规律，探究了其光弹条纹的变化特征和能流密度的演化规律，得到以下主要结论。
                   (1) 动态光弹性-数字图像相关综合实验系统可以有效捕捉爆炸应力波在梯度材料扩展过程中的动
               态条纹和应变场演化特征，由于试件的对称性结构，可以对爆炸波动场进行定性和定量的研究。
                   (2) 爆炸应力波在正向梯度传播路径中的条纹级数没有明显的变化，在梯度材料节理面处发生明显
               的反射现象；爆炸应力波在反向梯度传播路径中的条纹级数呈逐渐衰减的规律，在梯度材料节理面处动
               光弹条纹保持很好的连续性，爆炸应力波在反向梯度传播路径中具有更好的穿透性。
                   (3) 在正向梯度材料段，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，远小于梯度材料段的衰减速度；在反向梯度材料段，水平应力衰减速度为                                  1.61，在完整
               材料段，水平应力衰减速度为             1.18。
                   (4) 在正向梯度材料中，能流密度衰减的速度更快，在测点                        4/4′处，完整侧的能流密度是节理侧能流
               密  度  的  2.05  倍  。  而  在  反  向  梯  度  材  料  中  相  同  测  点  位  置  处  ， 完  整  侧  的  能  流  密  度  只  是  节  理  侧  能  流  密  度  的
               1.45  倍。从能量的角度分析，爆炸应力波在正向梯度材料中的传递属于“吸能”过程。


               参考文献：
               [1]   刘志强, 宋朝阳, 程守业, 等. 煤矿矿井建设技术与装备            70  余年创新发展及推广实践 [J]. 煤炭科学技术, 2024, 52(1):
                    65–83. DOI: 10.12438/cst.2024-0122.
                    LIU Z Q, SONG Z Y, CHENG S Y, et al. Seventy years innovation development and popularization practice of coal mine
                    construction technology and equipment in China [J]. Coal Science and Technology, 2024, 52(1): 65–83. DOI: 10.12438/cst.



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