Page 134 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李昊洋，等： 风致飞射物冲击下钢化玻璃破坏的边界条件效应及碎片分布量化模型 第 7 期

面 vs 面冲击，根据实验设备设计冲击物，如图 1(b) 所示。冲击物材料均采用 Q235 钢材，材料密度约为
3
3
7.80×10 kg/m 。冲击物质量分别为 30 和 50 g。为了达到规范 GB/T 29 738－2013 所描述的 2、3、4 冲击
等级，冲击物的冲击速度设定为 50、100、150 m/s。
Reserved installation zones

for exposed and concealed Penetration points for
10 mm framing systems point-supported glazing
10 mm 25 mm

25 mm
Impactor 1
Plan view Elevation view
180 mm 200 mm Impactor 2

Plan view Elevation view

180 mm
200 mm
(a) Schematic diagram of glass (b) Impactors

图 1 玻璃和冲击物的示意图
Fig. 1 Schematic diagrams of glass and impactors
1.2 风致飞射物冲击实验
采用一级轻气炮装置再现冲击过程，其冲击轨道内径为 12 mm，经调压阀精确控制气体压力，测速
精度达±5 m/s。实验流程包括参数设置→冲击执行→破坏过程记录→碎片收集分析 4 个阶段，确保数据
采集的完整性和准确性。装置后端设观测室，观察室旁设观测窗。使用 2 台 Photron Fastcam SA 1.1 高
速 CCD (charge-coupled device) 摄像机观察玻璃破坏时的瞬时变化，并使用示波器完成冲击点应变和冲
击物速度采集。高速摄像机和示波器均在实验开始前打开，以确保记录冲击实验的完整过程。碎片采
集区基本覆盖整个观测室，在观测室底座上粘贴白纸并划分区域，采集玻璃碎片的分布情况，采集区由
玻璃试件受冲击面延伸 20 mm 和非冲击面延伸 70 mm，共分成 9 个区域，如图 2(a) 所示。冲击完成后，
进行现场碎片收集、称重和分区统计工作。实验装置如图 2(b)～(c) 所示。使用正交法结合拟水平法设计
的实验方案如表 1 所示。打孔玻璃用于点支撑；当采用明框边界条件时，玻璃与固定装置直接接触位置
均设置厚度为 2 mm 的硅胶垫片；当采用隐框边界条件时，玻璃外围使用硅酮结构胶与框架粘接固定。

Region Impact direction Observation window Oscilloscope
−20 ①
−10 Specimen Strain gauge
0 ②
③
Distance/mm 20 ④ Observation chamber Velocimeter
10
⑤
30
⑥
40
50 ⑦ High-speed camera 2 High-speed camera 1
⑧
60 ⑨ Laser digital display protractor
70
(a) Fragment collection area division (b) Impact apparatus and high-speed camera (c) Velocimeter and impact frame
图 2 碎片区域划分和实验装置
Fig. 2 Fragment collection area division and experimental apparatus

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