Page 126 - 《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

363.90、573.43、613.24 和 746.05 N/m，结合第 1 800 30°
2.2 节实验结果解释此规律：开口角过小时，聚能 1 600 45°
60°
通道狭窄使得爆生气体难以沿切缝充分逸出，气 1 400 75°
体的“准静态”加载作用不足，导致爆炸能量释 1 200
放率偏低；当开口角为 60°时，新型复合型药型罩 G R /(N·m −1 ) d 1 000
在几何结构上实现了最佳的能量汇聚效果，爆生 800
600
气体可以充分逸出，获得充分的裂纹驱动力，爆
400
炸能量释放率较高；当开口角增至 75°时，通道过
200
宽引起气体过度泄散，裂纹起裂后“气楔”显著 20 40 60 80 100
Time/μs
增强，从而加剧非聚能方向的损伤，爆炸能量释
图 14 能量释放率-时间曲线
放率继续增大。
Fig. 14 Energy-release-rate time curve
4 数值模拟

4.1 收敛性分析
为验证 Euler 算法的可靠性，对数值模拟工况开展网格收敛性分析。构建 1/2 轴对称模型，计算域

为 70 mm×140 mm。金属射流通常在爆炸后的
数十微秒内形成并趋于稳定，此阶段射流头部速 1 800
度接近峰值且对网格划分较为敏感 [27] 。该模拟
中射流稳定阶段主要位于 20～40 μs，因此选取 1 600 Grid number: 245 000,
26 μs 时刻，设置多组不同网格尺寸，对新型药型 Velocity/(m·s −1 ) 1 400 0.20 mm×0.20 mm
罩聚能射流形成过程进行数值模拟，并绘制侵彻
体 头 部 速 度 随 网 格 数 量 变 化 关 系 ， 如 图 15 所 1 200
示。当网格尺寸为 0.20 mm×0.20 mm 时，相较于
1 000
0.10 mm×0.10 mm 和 0.15 mm×0.15 mm 两种更细 0 20 40 60 80 100
的 网 格 ， 射 流 头 部 速 度 误 差 分 别 为 − 6 . 3 % 和 Grid number/10 4
−3.3%。侵彻体形成后射流头部速度的变化逐渐 图 15 射流头部速度的网格收敛性分析
趋于稳定。综合考虑计算精度与效率，最终选 Fig. 15 Grid convergence analysis on jet nose velocity
取 0.20 mm×0.20 mm 的网格尺寸。
4.2 模型建立
利用焦散线实验系统，只能观察到孔外应力波的传播规律，无法观察到聚能装药作用于炮孔壁时的
应力波传播和裂纹形成过程，要考察聚能装药管爆炸作用下岩体的初始裂纹形成过程，采用 AUTODYN-
2D 二维轴对称方法建立 50 m×100 mm 模型，如
图 16 所示。在建立模拟中，药型罩材料选用铜， Out flow boundary condition
炸药材料选用 TNT，采取中心点起爆，模型边界
条 件 设 为 “ F L O W - O U T ” 边 界 ， 计 算 区 域 为 Target plate
7 0 m m × 1 4 0 m m ， 网 格 大 小 选 用 0 . 2 5 m m ×
0.25 mm，为了解决网格畸变问题，采用不同的 Novel shaped charge
数 值 计 算 方 法 ： 对 于 炸 药 、 空 气 和 聚 能 药 型 罩
部分采用欧拉算法，对于岩石部分采用拉格朗 Explosives
日算法，利用流固耦合的方法可以同时处理流体 Initiation point
和固体的相互作用，以此确保模拟的准确性和可 图 16 数值模拟模型
靠性。 Fig. 16 Numerical simulation model

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