Page 155 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 潘刘娟，等： 图学习驱动的爆炸冲击钢筋混凝土柱结构响应的建模与预测 第 5 期

柱体由混凝土制成，其本构行为采用 Abaqus 1.5 L
中的混凝土损伤塑性（concrete damage plasticity， 0.5 L
CDP）模型进行表征 [18-20] 。钢筋由钢材制成，其
硬化行为通过各向同性塑性模型进行简化描述。
对于 TNT，采用经典的琼斯-威尔金斯-李（Jones-
Wilkins-Lee，JWL）模型来定义其流体动力学行
为。本研究采用的材料参数见表 1～3。计算采
用显式时间积分算法，时间步长由 Courant 条件 10 L
自动控制，以确保爆炸载荷传播过程中的数值稳
定性。分析的总时长设置为 3～5 ms，足以覆盖
冲击波作用和结构主要响应阶段。在计算过程
中，通过能量平衡监测和单元畸变控制保证求解
的可靠性，输出包括柱体位移、加速度、应力-应
变分布及损伤变量演化，以全面反映不同工况下
混凝土柱的动力响应和破坏特征。
将 Abaqus 数值模拟的结果与试验结果进行
对比分析，RC 柱的破坏形貌如图 2(a) 所示，仅 2 L
在 RC 柱的单个侧面接触爆炸，其损伤的模拟结
果与试验结果吻合较好。此外，RC 柱结构表面 2 L
的加速度-时程曲线 [21] 的模拟与试验结果对比如 图 1 混凝土与钢筋结构示意图
图 2 ( b ) 所 示 ， 其 中 A C 为 加 速 度 传 感 器 。 在 Fig. 1 Diagram of concrete and steel structure

RC 柱的 4 个侧面同时布置爆炸物并引爆，观测
加速度的首个峰值时间以及后续应力波的耦合增强现象，模拟的峰值和震荡趋势均与试验值相近，验证
了数值模型的正确性，从而确保了其作为生成训练数据来源的可靠性。

表 1 混凝土材料参数
Table 1 Material parameters for concrete
初始等双向压缩屈服应力与初 拉伸子午线与压缩子午线上
−3
密度/(kg·m ) 杨氏模量/GPa 泊松比 膨胀角 偏心率
始单向压缩屈服应力的比值 第二应力不变量的比值
2 500 30 0.2 30 0.1 1.16 0.666 7
压缩屈服应力/ 压缩强度/ 压缩断裂 拉伸屈服 拉伸强度/
拉伸断裂应变
MPa MPa 应变 应力/MPa MPa
1.71 20.13 0.007 0.24 2.01 0.000 5

表 2 钢筋材料参数
Table 2 Material parameters for steel
−3
密度/(kg·m ) 杨氏模量/GPa 泊松比 屈服应力/MPa 极限强度/MPa 极限强度对应的应变
7 850 205 0.3 450 600 0.5

表 3 炸药材料参数
Table 3 Material parameters for the explosive
密度/ 爆轰波速度/ 爆炸物常数A/ 爆炸物常数B/ 爆炸物 爆炸物 爆炸物 爆轰能量密度/ 爆轰前体积
−3
−1
−1
(kg·m ) (m·s ) GPa MPa 常数ω 常数R 1 常数R 2 (MJ·g ) 模量/MPa
1 630 6 930 373.77 3 747.1 0.37 4.15 0.95 4.29 1 290

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