Page 42 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 马 龙，等： 触地爆下建筑表面冲击波载荷的分布规律 第 4 期

行 50 倍缩尺，共制作 2 种尺寸缩比模型，缩尺后模型尺寸（w×l×h）分别为 300 mm×200 mm×500 mm（模型
A、B、D）与 600 mm×200 mm×500 mm（模型 C）。根据爆炸缩比相似率，为使冲击波压力峰值及变化趋势
不变，尺寸缩比后爆炸当量按缩尺比例立方增大，时间尺度及相应冲量按缩尺比例增大，但是缩尺效应
不影响后文中对冲击波传播过程及建筑表面冲击波压力峰值等参数的分析。图 1 为实验布局构型，球
形炸药触地放置在钢板上，正对炸药安装 4 个建筑模型，建筑迎爆面垂直于其与爆心的连线，迎爆面爆
距分别为 1.0、1.5、1.5 与 2.0 m。实验前分别在缩比模型的迎爆面中心位置和背爆面中心位置布设压力
测点，用于测量建筑表面的冲击波压力，此外还在地面布置 G1 与 G2 共 2 个压力测点，爆心距分别为
0.6 m 与 1.0 m。为方便表述，将每个模型迎爆面测点标记为 1，背爆面测点标记为 2，例如距离爆心
1.0 m 位置 A 模型迎爆面测点记为 A1，背爆面测点记为 A2。为准确测得建筑模型表面及地面压力，传感
器敏感面与被测表面平齐。实验选取球形 T/R 炸药，药球半径约 23 mm，质量为 78.1 g，约 100 g TNT 当
量，通过精准中心起爆产生理想球形冲击波波阵面。实验时环境温度为 15.8 ℃，相对湿度为 14.7%。实
验后缩比建筑模型完好无损坏，与地面连接牢固无松动，传感器未从模型和地面上脱落。

D Pressure gauges A

D2 D1 h A2 B C
A1 A
2.0 m Charge w l
G1 1.0 m B Charge
0.6 m 1.5 m G2 D
C C1 1.0 m B1 B2
C2

(a) Experimental configuration (b) Schematic of field layout

图 1 实验构型及现场布局示意
Fig. 1 Schematic of experimental configuration and field layout
2 数值模拟方法

基于 OpenFOAM 框架和 blastFoam 库进行数值模拟 [30-32] ，使用有限体积法对空气中爆炸冲击波传播
®
问题进行离散求解。Euler 形式 N-S 控制方程为：

Ñ é Ñ é
ρ ρu
∂
u +∇· ρu⊗u+ pI = 0 (1)
∂t
e (ρe+ p)u
T
式中：ρ 为密度，u = (u, v, w) 为三维速度场，p 为压力，e 为比内能，I 为单位矩阵。
数值模拟中空气采用理想气体状态方程：
p = (γ −1)ρe (2)
γ 为绝热指数。
式中：
本文中空气材料参数取值为 3 γ = 1.4 ，大气压 p =101.3 kPa，空气温度 T =288 K。炸药
ρ=1.225 kg/m ，
0 0
和爆轰产物分别采用三阶 Birch-Murnaghan 状态方程方程和 JWL 状态方程描述：
ñ ô® ñ ô´
Å ã 7/3 Å ã 5/3 Å ã 2/3
3 ρ ρ 3 ( ) ρ
′
p = p ref + K 0 − 1+ K −4 −1 (3)
0
2 ρ 0 ρ 0 4 ρ 0
Å ã Å ã
R 1 ρ 0e R 2 ρ 0e
ωρ p − ωρ p − ρ p +ω ρ p
p = A 1− e ρ p + B 1− e e 0 (4)
R 1 ρ 0e R 2 ρ 0e ρ 0e
式中：p 和 f ρ 分别为空气的参考压强和密度， K 0 和 K 0 ′ 分别为零压下体积模量及其对体积的导数，A、B、
0
re
R 、R 和 2 ω 为拟合系数，ρ 和 p ρ 分别为爆轰产物的密度和炸药的初始密度。式 (4) 等号三项分别主导状
e
1
0
042201-3