Page 60 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 第 8 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 8
2026 年 8 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Aug., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0280

基于动静态力学试验下的红砂岩 Holmquist-

Johnson-Cook 本构与数值模拟研究 *

周永旺 ，汪 维 ，刘洁宁 ，欧阳鑫 ，刘 君 1
1,2
1
1
1
（1. 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室，浙江 宁波 315211；
2. 江汉大学精细爆破全国重点实验室，湖北 武汉 430056）
摘要： 岩石材料被广泛应用于防护工程和各种隧道等民用工程结构中，研究其动态力学性能具有重要意义。以
山东济南某石矿的红砂岩为研究对象，利用三轴试验机和分离式霍普金森杆装置分别开展不同围压下和不同应变率
下红砂岩的力学特性研究，并基于动静态力学试验对红砂岩的 Holmquist-Johnson-Cook （HJC）本构模型参数进行确定。
采用已经确定的红砂岩 HJC 本构模型参数，建立大口径分离式霍普金森压杆动态压缩试验的有限元模型对参数进行
验证。结果表明：在围压环境下，红砂岩内部裂纹的扩展方向和程度受到限制，使得裂纹难以快速贯通，从而峰值应力
随着静水压力和的增大而增大；在不同气压的加载下，红砂岩存在明显率效应现象，动态抗压和劈拉强度与平均应变
率呈现正相关，通过抗压强度因子和抗拉强度因子的研究发现，动态拉伸峰值应力的率效应现象更为明显；确定的
HJC 本构模型参数在 LS-DYAN 中可以较好地模拟红砂岩在动态冲击的损伤失效过程，在未达到最大峰值应力时，数
值模拟结果与试验结果的应力-应变曲线基本一致。确定的致密、高强度红砂岩参数可为红砂岩的动态力学性能研究
和工程应用提供参考。
关键词： 红砂岩；Holmquist-Johnson-Cook 本构模型；LS-DYNA；分离式霍普金森压杆
中图分类号： O383 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Static and dynamic mechanical tests and numerical simulation on the
Holmquist-Johnson-Cook constitutive model for red sandstone

1
1
1,2
1
ZHOU Yongwang , WANG Wei , LIU Jiening , OUYANG Xin , LIU Jun 1
（1. Key Laboratory of Impact and Safety Engineering, Ministry of Education, Ningbo University,
Ningbo 315211, Zhejiang, China;
2. State Key Laboratory of Precision Blasting, Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei, China）
Abstract: Rock materials are extensively employed in protective engineering and various civil-works structures such as
tunnels; investigating their dynamic mechanical behaviour is therefore of great significance. Red sandstone from a stone quarry
in Jinan, was selected as the test material. A triaxial testing machine and a split Hopkinson pressure bar (SHPB) apparatus were
used to study the mechanical properties of the sandstone under different confining pressures and strain rates, respectively. On
the basis of the static and dynamic test data, the parameters of the Holmquist-Johnson-Cook (HJC) constitutive model for red
sandstone were calibrated. Using these calibrated parameters, a finite-element model of the dynamic compression test on a
large-diameter SHPB was established; verification was performed by comparing the numerical results with the experimental
results in terms of both the failure pattern of the red sandstone and the corresponding stress-strain curves. The results show
that: (1) under confining pressure, the propagation direction and extent of internal cracks are constrained, preventing rapid

* 收稿日期： 2025-08-26；修回日期： 2025-10-14
基金项目： 国家自然科学基金（11302261，11972201）；江汉大学精细爆破全国重点实验室项目（PBSKL25A18）
第一作者： 周永旺（2000－ ），男，硕士研究生，2311090049@nbu.edu.cn
通信作者： 汪 维（1983－ ），男，博士，教授，wangwei7@nbu.edu.cn

083102-1