Page 109 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 李般若，等： 基于GNN的爆炸压力时空分布预测模型 第 4 期

的 blastFoam 数值仿真模型的计算结果在各测点位置的前 2 个峰值超压及峰值到时 [19] 与实测值的平均
偏差分别为 15.38% 和 3.91%，具体的峰值超压和峰值到时的偏差统计见表 6 和表 7。可以看出，数值模
型能够较好地模拟壁面中心位置和两壁面交汇处的各个峰值超压和峰值到时，证明该数值模型在密闭
空间内的爆炸模拟中具有良好的合理性。

表 6 密闭空间算例的超压峰值偏差
Table 6 Deviation of peak overpressure in confined explosions
P1 P3
超压波峰 平均偏差/%
试验/kPa 仿真/kPa 偏差/% 试验/kPa 仿真/kPa 偏差/%
第1个 139.85 190.06 35.90 145.54 141.16 3.01
15.38
第2个 177.84 170.48 4.14 97.12 115.08 18.49

表 7 密闭空间算例的峰值到时偏差
Table 7 Deviation of arrival time at the peak overpressure in confined explosions

P1 P3
超压波峰 平均偏差/%
试验/ms 仿真/ms 偏差/% 试验/ms 仿真/ms 偏差/%
第1个 3.173 3.225 1.64 3.090 3.225 4.37
3.91
第2个 6.280 6.400 1.91 5.744 5.300 7.73

2.3 数据集
为了验证本文提出的基于 GNN 的爆炸压力时空分布预测模型在不同爆炸环境下的荷载预测能力，
分别构造 2 个数据集：自由场 TNT 炸药爆炸数据集和边长 2 m 的正方体密闭空间内的 TNT 炸药爆炸数
据集。在自由场爆炸数据集所包含的算例中，爆炸产生的冲击波会迅速从计算边界透射出去；而在正方
体密闭空间内爆炸数据集包含的算例中，冲击波由于受到刚性壁面约束发生多次反射。
2.3.1 自由场 TNT 炸药爆炸数据集
自由场 TNT 炸药爆炸数据集由 10 个算例组成，炸药当量范围为 1～3 kg，起爆点位于计算空间中
心位置。为控制计算规模、提升数据集生成效率，将计算域边长控制在 0.8～1.2 m，各算例计算空间内
1/3
最大比例爆距为 0.48～0.75 m/kg ，计算空间内大部分区域属于中近区爆炸 [20] 。提取数据时，将这些算
例映射到 0.04 m 边长的网格中。所有算例的仿真结果均通过单元体重映射方法统一插值到固定的结构
化网格上，该网格 为均匀的立方体网格，边长为 0.04 m，确保不同算例间的数据具有严格一致的网格拓
扑 结 构 和 空 间 分 辨 率 。 根 据 blastFoam 仿 真 中 的 冲 击 波 传 播 速 度 ， 从 起 爆 开 始 计 算 ， 冲 击 波 将 在
0.2 ms 内完全透射出计算域，故每个算例均包含 80 个时间步，共计 0.2 ms。表 8 展示了该数据集的基本
信息。尽管算例只有 10 个，但是每个算例的每个时间步计算结果均可作为 GNN 的数据，故对应的样本
数量为 800，且每个样本中的平均节点数达到 12 587，以全面捕捉爆炸过程中的压力、速度等物理场分
布。文献 [21] 指出，对于小规模 CFD 数据集，建
表 8 自由场 TNT 炸药爆炸数据集基本信息
议保留 15%～25% 测试样本。因此，为保证测试
Table 8 Basic information of the dataset on the free-field
样本在算例中的完整性，于数据提取完成后按
explosion using TNT explosives
照 8∶2 的比例将数据集划分为训练集和测试
算例数量 样本数量 平均节点数 时间步数 计算时长
集，既保证了测试样本的完整性，也满足了模型
10 800 12 587 80 0.2 ms
训练的需求。
2.3.2 边长 2 m 的正方体密闭空间内的 TNT 炸药爆炸数据集
立方体密闭空间内 TNT 炸药爆炸数据集有 10 个算例组成，炸药当量范围为 100～2 000 g，计算域边
长均为 2 m，炸药均处于计算空间中心位置。这些算例中，密闭空间几何比例相近（长宽比小于 1∶2）、

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