Page 127 - 《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

已有相关岩石冲击与侵彻数值模拟研究表 表 6 岩石材料参数 [33]
明 [28-32] ，聚能装药管在爆炸初期具有一定的强 Table 6 Rock material parameters [33]
度；当聚能装药管被挤压到孔壁时，在爆轰气体 ρ/(kg·m ) G/GPa σ t /MPa σ c /MPa
−3
和爆炸热的冲击下，聚能方向的聚能装药管壁发 2 400 21.9 2.2 35
生破坏，进而在聚能方向产生射流，对岩石造成 注：ρ 为密度；G 为岩石剪切模量；σ t 为岩石抗拉强度；σ c 为岩石
定向断裂破坏。因此，选取理想弹塑性材料模拟 抗压强度。
含能管爆炸初始阶段，岩石材料采用 Johnson-
Holmquist Concrete 本构模型描述，材料参数见表 6 [33] ；金属药型罩采用 Steinberg-Guinna 和 Shock 状态方
程来描述，材料模型及状态方程参数见表 7 ；采用 JWL 状态方程 [35] 来描述 TNT 爆炸能量的释放过程：
[34]
Å ã Å ã
ω ω ωE 0
p = A 1− e −R 1 V + B 1− e −R 2 V + (8)
R 1 R 2 V
式中：p 为爆轰压力；A，B 为炸药参数；R ，R ，ω 均为炸药特性参数；E 为单位体积爆轰产物的内能；V 为
0
1
2
初始相对体积。参数取值见表 8 。
[36]

表 7 铜药型罩材料参数及状态方程参数 [34]
Table 7 Material parameters and state equation parameters of copper alloy hood [34]
−3
ρ/(g·cm ) E/GPa ν σ y /MPa γ 0 C 1 S 1 S 2
8.93 117 0.35 70 1.99 3.94×10 3 1.489 0
注：ρ 为密度；E 为弹性模量；ν 为泊松比；σ y 为屈服强度；γ 0 为 Grüneisen 系数；C 1 为材料声速；S 1 为 Hugoniot 关系一阶系数；S 2 为
Hugoniot 关系二阶系数。

表 8 炸药的材料参数及 JWL 方程参数 [36]
Table 8 Material parameters of explosives and parameters of JWL equation [36]
−3
ρ/(kg·m ) E 0 /GPa A/GPa B/GPa R 1 R 2 ω
1 630 7.0 373.8 3.75 4.15 0.90 0.35

4.3 开口角度与应力演化规律
图 17 为不同开口角条件下岩石被侵彻过程的 von Mises 应力云图。可以看出，在不同张开角工况
下，新型药型罩聚能装药结构在爆炸作用下经历了典型的“爆生气体流-金属射流-射流断裂”三阶段演
化过程：在 10 µs 时，炸药起爆后爆生气体由聚能缝高速喷出，形成“爆生气体流”并首先作用于孔壁岩
石表面；在 20 µs 时，药型罩结构基本被压垮，金属射流形成并以不同的射流头部速度撞击岩石单元，局
部应力显著集中，岩石进入侵彻阶段；至 40 µs 时，由于射流头尾部存在明显的速度梯度，金属射流发生
断裂，对岩石的持续侵彻作用逐渐终止，此时侵彻深度达到最大值。

Stress/MPa Stress/MPa Stress/MPa

Detonation gas flow 9.48 229 101
8.54 206 90.5
7.59 183 80.5
6.64 Metal jet 160 70.4
5.69 138 60.3
4.74 115 50.3
3.79 91.7 40.2
2.85 68.8 30.2
1.90 45.8 20.1
0.95 22.9 10.6
10 μs 0 20 μs 0 40 μs 0
(a) α=30°
Stress/MPa Stress/MPa Stress/MPa

061423-12

10 μs 20 μs 40 μs
α
Stress/MPa Stress/MPa Stress/MPa

10 μs 20 μs 40 μs
α
Stress/MPa Stress/MPa Stress/MPa

10 μs 20 μs 40 μs
α