Page 21 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 姚术健，等： 等效模拟爆炸加载试验技术研究进展 第 4 期

21 世纪以来，针对外交使团、商业枢纽、政府机关和民用基础设施的恐怖袭击事件显著增加。与此
同时，工业领域（如石油化工、采矿、弹药库储存等）和民用领域（如瓦斯爆炸、烟花制造/储存/运输等）的
意外爆炸事故也频繁发生。统计显示，2012–2021 年期间，我国记录了 102 起涉及民爆物品爆炸的伤亡
[1]
事故，造成 479 人不幸遇难 。从结构安全的角度来看，这些事故凸显了现有基础设施在面临高压、瞬时
爆炸载荷作用时的脆弱性。因此，研究结构和材料在爆炸荷载作用下的动态响应和损伤破坏机理，提高
防护措施效率以及人员和设备在发生故意或意外爆炸时的生存能力至关重要 [2-4] 。
为实现上述目的，国内外学者们进行了大量的研究，提出了许多高效经济的抗爆设计方法并形成了
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相关规范文件，如 UFC3-340-02 、ASCE/SEI 59-11 和 CSA S850-12 等。UFC3-340-02 中指出爆炸本
[5]
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质上是一个能量快速释放过程，对结构产生的冲击过载表现出高峰值、短持时的特点，这与静态加载相
比有显著的区别 。发生爆轰时，炸药朝周围介质（通常为空气）突然释放能量，形成以超音速向各个方
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向径向传播的激波 ，其特点是在激波锋面上的所有气体动力学参数（例如压力、速度、密度、温度等）几
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乎瞬间上升。随着激波锋面和接触面远离装药的核心，激波逐渐减速，可能产生二次甚至三次激波，这
些激波之间存在复杂的相互作用，直至压力恢复正常 [10] 。相比于近场爆炸（在爆炸火球最大膨胀范围
内，入射超压大于 1 MPa 的区域） [11-12] ，远场爆炸的波动力学参数随着爆炸距离的增大而单调减小，其持
续时间更长、爆炸波的再现性更高，且不涉及爆炸产物的膨胀和复杂的相互作用 [13] 。
在远离爆炸源的任一点，其理想的爆炸特征曲线如图 1 [14] 所示。当爆炸冲击波在空气中运动，经过
时间 t 到达结构表面，产生反射。先前到达的分子又被后面移动的分子进一步压缩，在结构上产生反射
a
的超压。这表现在结构表面的初始环境压力 p 几乎瞬时增加到峰值超压 p 。随后，压力接近指数降低，
+
0
其形状通常由 Friedlander 方程 [15] 或修正的 Friedlander 方程 [16-18] 决定，在 t = t + t 时刻回到环境压力。压
a
+
力继续下降形成低于环境压力的负压区，然后这个压力 p 在 – t = t + t + t 时刻又回到环境压力。正向持
–
+
A
续时间 t 圧力曲线下的面积为正脉冲 I ，同理，负向持续时间 t 内圧力曲线与时间轴围成的面积表示负
+
s
–
+
脉冲 I 。结合以上参数，典型 Friedlander 方程可表示为：
–
s
Å ã
t −αt
+
p(t) = p 1− e t + (1)
t +
式中：α 为波形参数，始终为正，其大小取决于超压峰值 p + [19] 。值得注意的是，无论是原始的或修正的
Friedlander 方程，还是其他爆炸波预测方法 [20-22] ，都忽略了负相激波和二次激波的潜在影响。尽管在
UFC 3-340-02 [5] 中涉及到了相关负相激波参数，但所依赖的数据记录在持续时间和质量上并不充分，一
些记录显示出可疑的峰值压力读数，影响了相关结果的计算，Bogosian 等 [23] 的研究也证明了这一点。此
外，Ismail 等 [13] 和 Rigby 等 [14] 指出，负相结果高度依赖于炸药的燃烧过程，而炸药之间的燃烧过程本身是
变化的，因此很难对其结果进行量化。
Pressure

Positive specific
+
impulse, I s
Negative specific
p +
impulse, I s −

Ambient,
t a t a +t + t a +t + +t −
p 0
p − Time
Positive phase Negative phase
duration, t + duration, t −
图 1 理想爆炸的压力-时间曲线 [14]
Fig. 1 Pressure-time history curve of ideal explosion [14]

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