Page 118 - 《爆炸与冲击》2026年第6期
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第 46 卷 黄 琦，等： 复合型聚能药型罩作用下岩石的定向断裂 第 6 期
Loading device
Computer High-speed camera Field lens 2 Field lens 1
Laser device
Expander
Reference plan
Detonation device
图 1 数字激光动态焦散线实验系统
Fig. 1 Digital laser dynamic caustics experimental system
1.2 实验原理
如图 2 所示，根据透射式动态焦散线原理 [15-16] ，将试件垂直置于由场镜 1 与场镜 2 构建的平行光束
场中，当试件受外部荷载时，裂纹尖端为应力奇异点，其局部受力引发的厚度微扰会改变光线的透射率
与折射率，导致裂纹尖端发生强烈的光线偏转或汇聚在距试件 Z （参考平面到物体平面的距离）的参考
0
平面上形成焦散斑与焦散线。
Parallel light Caustic
Bright region
Shadow region D max
Bright region
Reference plane
(a) Principle of caustic line method (b) Typical caustic curve of typeⅠcrack
图 2 焦散成像原理
Fig. 2 Principle of caustic imaging
1.3 药型罩设计原理
传统聚能药型罩通过内凹结构在爆轰波作用下发生压垮并形成高速金属射流，实现爆炸能量的定
向集中；切缝药包通过设置聚能缝结构，引导爆生气体定向逸散，实现裂纹的定向扩展。本设计在传统
聚能药型罩与切缝药包定向作用机理的基础上，提出新型“切缝+聚能”复合结构药型罩，将聚能射流
形成机理与切缝药包爆炸能量定向释能机制耦合，同时发挥“气楔 [17] ”作用与金属射流侵彻效应。
(1) 药型罩参数设计
药型罩壁厚变化会同时影响药型罩射流头部速度、射流长度、杵体质量及侵彻深度，根据已有研究
成果 [18] ， 0.01d～0.05d 是保证聚能射流形成的最佳壁厚区间。结合本实验采用的 10 mm 装药直径，最终
选取药型罩壁厚 δ=0.5 mm。
(2) 聚能缝参数设计
切缝宽度是影响切缝药包定向断裂效果的重要结构参数，切缝过窄会堵塞爆生气体逸出；切缝过宽
会削弱切缝方向的能量聚集能力，Li 等 [19] 研究发现，对于小尺度有机玻璃（polymethyl methacrylate,
PMMA）动态焦散线实验最优切缝宽度为 0.50～0.80 mm，因此本设计聚能缝宽度尺寸选取 0.7 mm。
1.4 实验设计
实验选用有机玻璃（PMMA）板作为实验材料。PMMA 为无色透明介质，透光性好，便于裂纹演化的
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