Page 119 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

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

可视化观测；已有研究表明 [20-21] ，PMMA 作为典型脆性材料，在冲击或爆破载荷作用下，裂纹扩展与脆性
[22]
岩石具有一定相似性，常被用于脆性材料动态断裂行为的实验研究，相关动态力学参数见表 1 。

表 1 PMMA 试件动态力学 s 参数 [22]
Table 1 Dynamic mechanical parameters of PMMA specimens [22]
−1
−1
−1
动态弹性模量/GPa 动态泊松比 膨胀波波速/(m·s ) 剪切波波速/(m·s ) 光学常数/(m·N )
6.10 0.31 2 320 1 260 0.85×10 −10
试件直径为 300 mm，厚度为 5 mm，中心炮
表 2 DDNP 爆炸性能
孔直径为 13 mm，采用激光切割加工成型。炸药
Table 2 Explosion performance of DDNP
选用二硝基重氮酚（DDNP），DDNP 属于起爆药，
−1
−1
−1
适用于小药量爆炸加载试验，其爆炸性能参数见 爆速/(m·s ) 爆热/(kJ·kg ) 爆容/(L·kg ) 爆温/℃
6 600 5 900 2 320 4 950
表 2。实验采用新型复合结构药型罩（如图 3 所

示），材质为紫铜，其结构外径为 10 mm、内径为
9 mm、壁厚为 0.5 mm、高 5 mm。聚能缝尺寸为
0.7 mm×4 mm，并设计 4 种不同开口角度 α（30°、
R 1 =5.0 mm R 2 =4.5 mm
45°、60°和 75°）的药型罩（如图 4(a) 所示）。实验
Energy-concentrated
共分为 4 组，用以观测开口角度 α 对新型复合结 α slit
构药型罩诱导裂纹扩展行为的影响。四组实验
分别记为 S （α=30°）、S （α=45°）、S （α=60°）和
3
1
2
S （α=75°），每组重复试验 3 次以保证结果的可
4
重 复 性 。 实 验 方 案 如 图 4 ( b ) 所 示 ， 装 药 量 为
70 mg，将 DDNP 装填于药型罩内，并将金属探针 图 3 新型复合结构聚能药型罩示意图
置于药柱中心以实现中心起爆；采用高压放电方 Fig. 3 Schematic diagram of the novel composite-structure
式进行起爆，从而实现对试件施加爆炸载荷。为 shaped-charge liner
抑制爆生气体沿炮孔过早逸散并提高边界约束条件一致性，炮孔两端采用粘贴橡胶密封圈的专用堵塞
块进行封堵与约束。

(a) (b)
Explosives
13 mm

Novel shaped
charge

300 mm

图 4 实验方案示意图
Fig. 4 Schematic diagram of the experimental plan

2 实验结果分析

2.1 爆后试件宏观形态
考虑到爆炸能量释放过程存在不确定性，难以保证各组试验载荷完全一致，对同一开口角度进行了

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