Page 200 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 廖祜明，等： 预测不同冲击载荷下弹药响应特性的HOTM方法 第 3 期

约为 45 GPa，而中心处反应产物由于已完成了大量做功过程导致压力较低。破片撞击弹药是一个典型
的以压力点火起爆为主的热-力-化学耦合问题。不过在爆轰过程中，中心区域的炸药首先爆炸并对外膨
胀做功，导致该区域内炸药的压力与温度都较低。对比图 11(b)～(d) 可以看出，在爆轰波前沿区域，即炸
药刚刚反应完全的区域，炸药的温度最高，压力也最大。

Central axis

2.0 2 000 50
λ
1.5 T 1 800 40
Measuring p 1 600
point 1.0 1 400 30

292 mm λ 0.5 1 200 T/K 20 p/GPa
1 000
0.0 800 10
600
−0.5 0
400
−1.0 200 −10
Bottom 0 50 100 150 200 250 300
Distance from the bottom of the explosive/mm
(a) Measuring point layout (b) Time-history curves of reaction degree, temperature and pressure

图 11 45 μs 时刻炸药沿中轴线反应分布
Fig. 11 Reaction distribution along the central axis of the explosive at 45 μs

本文算例充分展现了 HOTM 方法描述子弹/破片撞击弹药多物理场耦合过程的有效性，可为弹药易
损性分析提供可靠的技术支持。

5 结 论

围绕弹丸/破片高速冲击下弹药的动态响应问题，提出并验证了一种基于 HOTM 方法的热-力-化学
多物理场强耦合数值仿真框架。研究结果表明，该方法能够有效刻画冲击过程中的大变形、摩擦生热、
热点形成与化学反应传播等复杂机理，准确预测不同冲击条件下装药的起爆机制和响应规律。
在方法学层面，HOTM 方法相较传统有限元法展现出更强的几何适应性与数值稳定性，能有效避免
网格畸变对计算精度的影响；与现有无网格方法相比，HOTM 通过引入热-力-化学反应强耦合，能够更真
实地再现炸药在冲击载荷下的响应过程，并在计算精度与效率之间取得了良好的平衡。同时，本文创新
性地将 Arrhenius 热反应动力学模型与 Lee-Tarver 压力点火模型有机耦合，并在爆轰阶段引入 JWL 状态
方程，从而实现了对炸药点火、反应增长及爆轰传播的统一建模。
需要指出的是，本研究仍存在一定不足。当前对热点形成机理的描述仍主要依赖宏观平均模型，对
由材料微观缺陷（如孔洞、裂纹、界面不均匀性）演化至宏观热点的多尺度过程缺乏细致刻画。这种不足
限制了模型对不同材料结构和缺陷敏感性的精细预测能力。未来研究需要建立微观缺陷演化与宏观热
点形成之间的定量联系，从而提升模型的物理真实性与普适性。
总体而言，本文提出的仿真框架不仅验证了 HOTM 方法在炸药冲击响应模拟中的有效性和优势，
而且为弹药安全性评估与不敏感弹药设计提供了可靠的理论工具和技术平台。未来的工作将重点聚焦
于热点微观机理与宏观模型的耦合、多尺度建模方法的引入以及算法效率的进一步提升。

参考文献：
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bqzbgcxb2020.05.032.
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