Page 43 - 《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

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态方程在高、中、低压力时状态。计算中 p =101.3 kPa，ρ =1 601 kg/m ，A=371.21 GPa，B=3.23 GPa，
ref
0e
R =4.15，R =0.95，ω=0.3，此外设单位体积内能 e =9 GPa，爆速 D=7 850 m/s。计算中通量格式选取
1 2 0
Tadmor 方法，时间积分使用二阶 Runge-Kutta 格式。
冲击波波阵面是空气状态发生剧烈变化的强间断面，因此求解冲击波问题时捕捉波阵面的单元网
格尺寸对计算精度具有明显影响。一般而言，单元网格尺寸越小，计算精度越高，但会造成计算耗时大
幅增加。为兼顾计算精度与效率，确定合理单元尺寸，检验计算结果可靠性，选取不同尺寸单元网格进
行敏感性分析。对球形炸药爆炸冲击波在空气自由场传播场景进行模拟，参考上述实验设炸药半径为
22.5 mm，计算爆心距 0.5～1.5 m 范围内冲击波特征参数。
图 2 为最小单元网格尺寸分别为 5、10、20 和 40 mm 时，计算得到冲击波超压峰值及正压冲量与爆
心距的关系。图 2(a) 显示减小网格尺寸后超压峰值增大，但是在爆心距大于 0.8 m 后，5 mm 相对 10 mm
尺寸网格超压峰值提升不明显；图 2(b) 显示冲击波冲量对网格尺寸不敏感。由于下述计算均求解三维
模型，进一步缩小网格尺寸对精度提升较小，但是会大幅增加计算时间，因此综合分析选取 10 mm 网格
尺寸可以兼顾计算精度与效率。

5 mm 5 mm
1 000 10 mm 90 10 mm
Peak overpressure/kPa 750 40 mm Impulse/(Pa·s) 75 40 mm
20 mm
20 mm
60
500
250

0 45
30
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Distance/m Distance/m
(a) Peak overpressure (b) Impulse
图 2 不同网格尺寸下冲击波参数
Fig. 2 The blast wave parameters under different mesh sizes

实验工况中不同建筑模型正交排列，爆炸冲击波在到达建筑模型表面及侧边后发生反射，随后作用
在其他建筑的表面。根据建筑模型爆心距、相互之间距离及冲击波波速分析可知，反射波作用在建筑模
型表面时，该位置入射波已到达负压区，不影响对冲击波峰值及波形特征进行分析，因此可将实验工况
简化为爆炸冲击波对单个建筑模型的相互作用过程。使用数值方法对触地爆冲击波与单个建筑相互作
用传播过程进行模拟，参照上述实验参数，球形炸药半径设为 22.5 mm，且与地面相切放置，建筑尺寸和
爆心距按照第 1 节设置，模型构型如图 3(a) 所示。模拟中对空气域及建筑模型进行三维建模，空气域边

Non-reflecting boundary
Air
1 200 mm h Overpressure/kPa
1 000

600
l w 800
Rigid ground Charge 400
200
2 800 mm −50
3 600 mm
(a) Numerical model (b) Diagram of propagation of blast wave

图 3 球形炸药触地爆冲击波传播数值模型
Fig. 3 Numerical model of propagation of blast wave generated by spherical charge on ground

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