Page 152 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 王雁冰，等： 不同外壳材料对高能产气剂孔壁压力的影响 第 8 期

因为压力在传播过程中逐渐衰减，距离高能产气剂越远，压力传递速度越慢。从表 6 中可以看出，各组

测点的升压时间不尽相同。PVC 透明外壳材料在测点 2 和 3 的升压时间比 PVC 白色外壳材料长，但是
在测点 1 的升压时间略短，纸管外壳材料的升压时间最长。这说明 PVC 白色外壳材料在破岩过程中能
更快地将能量传递到孔壁，而纸管外壳材料的能量传递速度较慢。
PVC 白色外壳材料的弹性模量在 3 种材料中最高，高弹性模量使 PVC 白色外壳材料在破岩过程中
能更有效地保持形状，减少能量在传递过程中的损失。因此，在靠近高能产气剂的位置（即测点 2 和 3），
PVC 白色外壳材料能更快地将能量传递到孔壁，从而导致较短的升压时间。且 PVC 白色外壳材料的泊
松比较小，在受力时沿高能产气剂半径方向变形较小，能量更多地集中在纵向，更有利于能量的传递。
因此，PVC 白色外壳材料在测点 2 和 3 的升压时间均较短。然而 PVC 白色外壳材料在测点 1 的升压时
间略晚于 PVC 透明外壳材料，这可能是因为 PVDF 压电传感器在测量孔壁压力时存在灵敏度差异或响
应时间不一致的情况，尤其是在测量远距离测点（如测点 1）的压力变化时，PVDF 传感器未完全贴合孔
壁，或者安装位置存在微小偏差，导致偶然误差的出现。PVC 白色外壳材料的高弹性模量和低泊松比使
其在受力时更不易变形，能量传递效率高，但在远距离处能量分布不均匀。
PVC 透明外壳材料的升压时间在 3 个测点处均快于纸壳外壳材料。PVC 透明外壳材料的弹性模量
较纸壳外壳材料更高，它能更快速地将能量传递到孔壁，升压时间较短。PVC 透明外壳材料的泊松比大
于纸壳外壳材料，理论上来说，泊松比较低的纸壳外壳材料在受力时的径向变形较小，然而，由于其弹性
模量较低，整体的能量传递效率仍然较低。PVC 透明外壳材料虽然泊松比略高，但其弹性模量高，能够
更均匀地传递能量，尤其在靠近高能产气剂的位置（如测点 2 和 3）表现出更高的能量传递效率。
2.2.3 外壳材料对加载率的影响
加载率（a）即压力峰值与升压时间的比值，反映了破岩过程中能量传递和释放的效率。高加载率意
味着压力上升速度快，能量传递效率高。各组加载率衰减指数如表 7 所示。A 组的无外壳材料，启动剂
直接作用于周围介质，产生的高压气体在短时间
表 7 加载率衰减指数
内迅速扩散；在传播过程中，由于没有外壳材料
Table 7 Loading rate attenuation index
的约束，减少了加载率在不同测点之间的差异，
a 2,peak / a 3,peak / (a 2,peak −a 3,peak )/ 加载率衰减系数β 3 /
高压气体的能量逐渐趋于均匀分布，导致加载率 组别 可信度δ
−1
−1
−1
−1
−1
(MPa·ms ) (MPa·ms ) (MPa·ms ) (MPa·ms ·cm )
的衰减速度较慢。因此，A 组的加载率衰减指数
A组 5.36 0.69 4.67 0.48 0.283
最小。3 组不同外壳材料的加载率衰减系数从
B组 10.14 0.76 9.38 0.94 0.256
大到小依次为：PVC 白色外壳材料、PVC 透明外 C组 11.01 1.13 9.88 0.99 0.249
壳材料、牛皮纸管。
D组 8.48 0.82 7.66 0.77 0.272
各组加载率变化如图 11 所示。PVC 白色

外壳的加载率最高，说明其压力上升速度最快， 16
能量释放最迅速；而 PVC 透明外壳的加载率在 14 Group A
Group B
测点 2 和 3 处大于纸管，在测点 1 处小于纸管。 12 Group C
Group D
这进一步说明了外壳材料对破岩过程中能量释 10
放和传递速率的影响。加载率不仅受外壳材料 Loading rate/(MPa·ms −1 ) 8
特性的影响，还与测点位置密切相关。靠近高能 6
产气剂的测点（即测点 2 和 3）通常具有较高的加 4
载 率 ， 而 距 离 较 远 的 测 点 （ 如 测 点 1） 加 载 率 较 2
低。这是因为压力在传播过程中逐渐衰减，距离 0
Measurement Measurement Measurement
高能产气剂越远，压力传递速度越慢。 point 1 point 2 point 3
PVC 白色材料的弹性模量高，泊松比低，内 图 11 各组加载率变化
部结构刚性，对能量的约束能力最强，能量传递 Fig. 11 Changes in loading rates of each group

085201-11