Page 82 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 田浩帆，等： 基于PAWN全局敏感性分析与智能优化算法的岩石RHT本构参数反演 第 5 期

图 20 展示了炸药起爆后，由应力波引起的损伤逐渐由炮孔向自由面演化的过程。炮孔附近的岩石
发生粉碎性破坏，远端岩石以张拉破坏为主，且应力波在自由面处发生反射，产生的拉伸波使自由面附
近萌生了微小的拉伸裂纹，基于反演参数进行的数值模拟与试验结果展现出了一致性，再次验证反演参
数的准确性与可靠性。
本文所提参数反演方法能适用于多种荷载工况下的参数标定需求，相较于传统方法，仅需不到
15 次迭代即可满足反演精度，无需依赖于构建庞大的样本数据库，便能满足计算效率与精度的多重需
求，有效减少了 RHT 本构参数的标定成本。尽管本研究方法效果显著，仍存在一定局限。一方面，在进
行全局敏感性分析时，大量的 ANSYS\LS-DYNA 仿真仍需较高计算资源，未来针对其他动态本构模型的
参数反演，可引入 Kriging、径向基函数或深度学习等代理模型替代参数全局敏感性分析过程，以减少
LS-DYNA 仿真计算。另一方面，PAWN 方法对参数间交互效应是通过模型输出结果间接体现，后续可
引入 Sobol、Morris 等全局敏感性分析方法，对参数之间的直接交互效应进行更系统、量化的探讨。

5 结 论

本文构建了一套高效、可靠的 RHT 本构参数反演体系，该体系包括基于 PAWN 敏感性分析方法与
智能优化算法，并联合 MATLAB 与 ANSYS\LS-DYNA 实现 RHT 本构模型中关键参数的全局敏感性分
析与反演，获得的主要结论如下。
(1) 针对 RHT 本构模型中 16 个较难标定参数进行全局敏感性分析，其分析结果表明，仅有 8 个参数
对 RHT 本构模型响应具有显著影响，将其按全局敏感性从高到低依次排序为： g ∗ c 、 Q 0 、 ξ 、 f s * 、 A ε p m 、
、
n f ；实际应用过程中建议采用本文方法进行标定。
A f 、
(2)SSA 算法可作为首选算法应用至 RHT 本构模型参数反演中，反演结果的相对误差最小为 0.23%，
最大为 9.28%。与传统试错法相比，该方法显著降低了试验成本，提升了参数标定的效率与可靠性。
g * ξ 的敏感性呈现 V 形变换趋势，分别在 0.42 和 0.41 处发生敏感性拐点。
c
(3) 在高敏感性参数中 、
f * 的敏感性随着数值的增加逐渐降低，当小于 0.29 和 0.065 时，对模型输出的影响最显著值得注意
Q 0 与 s
ε p 的敏感性呈现出先增强后减弱的趋势，具有一定的非线性。
的是，低敏感性参数 m
(4) 本文构建了基于 MATLAB 与 ANSYS/LS-DYNA 协同工作的自动化仿真程序，实现了对 k 文件
的批量修改及 SHPB 仿真数据的三波自动对齐功能，显著提升了参数反演过程的效率和精度。
本文提出的全局敏感性分析与参数反演框架不仅适用于 RHT 模型，也可推广应用于 HJC、CSCM、
JH-2 等具有高维复杂特征的动态本构模型，该方法可为复杂动态本构的全局敏感性与参数标定提供新
的解决途径。

参考文献：
[1] CHEN C, ZHANG X H, HAO H, et al. Discussion on the suitability of dynamic constitutive models for prediction of
geopolymer concrete structural responses under blast and impact loading [J]. International Journal of Impact Engineering,
2022, 160: 104064. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.104064.
[2] YAN L, CHEN L, CHEN B Y, et al. Analysis and evaluation of suitability of high-pressure dynamic constitutive model for
concrete under blast and impact loading [J]. International Journal of Impact Engineering, 2025, 195: 105145. DOI: 10.1016/
j.ijimpeng.2024.105145.
[3] RIEDEL W, THOMA K, HIERMAIER S, et al. Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500 numerical analysis using a
new macroscopic concrete model for hydrocodes [C]//Proceedings of the 9th International Symposium on the Effects of
Munitions with Structures: Vol. 315. Berlin-Strausberg Germany, 1999: 315–322.
[4] BANADAKI M M D. Stress-wave induced fracture in rock due to explosive action [D]. Toronto: University of Toronto, 2010.
[5] XIE L X, LU W B, ZHANG Q B, et al. Damage evolution mechanisms of rock in deep tunnels induced by cut blasting [J].
Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 58: 257–270. DOI: 10.1016/j.tust.2016.06.004.

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