Page 175 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 杨石刚，等： 柱形装药接触爆炸作用下钢纤维混凝土靶成坑效应预测模型 第 9 期

1.95 时，靶体处于次要损伤状态当 δ＞1.95 时，则 Front face Back face
表现为主要损伤 [26-28] 。基于等效塑性应变范围
1.95～2.00 和 1.80～1.95 分别确定爆坑直径、深度
以及裂纹扩展情况。由图 5 可见：模拟的 SFRC 74 cm
板 的 迎 爆 面 形 成 爆 坑 ， 四 周 伴 有 微 裂 纹 ， 顶 部
两根受力筋断裂；背爆面中心出现震塌剥落区， 78 cm
四周呈现多道向板边缘延伸的裂纹，底部受力 95 cm
筋 发 生 弯 曲 。 模 拟 所 得 的 迎 爆 面 和 背 爆 面 损 (a) Test [11] Effective
伤形态与现场试验结果吻合较好，二者的差异 Front face Back face plastic strain
2.00
主要归因于模拟中 SFRC 材料被视为均质材料， 1.97
而实际材料具有非均质性。此外，模拟得到的 D=800 mm D=940 mm 1.94
1.91
迎爆面爆坑直径和深度分别为 800 和 126 mm 1.88
1.85
（见图 5(b)），试验值分别为 760 和 123 mm（见 1.82
图 5(a)） ， 相 对 误 差 为 5.26% 和 2.44%。 背 爆 1.79
1.76
面 爆 坑 直 径 和 深 度 分 别 为 940 和 230 mm， 试 1.73
1.70
验值分别为 950 和 214 mm，相对误差为 1.05%
和 10.28%。 因 此 ， 上 述 数 值 方 法 能 够 有 效 模
拟 柱 形 装 药 接 触 爆 炸 作 用 下 SFRC 靶 体 的 毁 (b) Simulation
伤过程。 图 5 SFRC 靶体试验结果与数值模拟结果
2.2 SFRC 靶成坑效应分析 Fig. 5 Test results and numerical results of SFRC target
接触爆炸作用下，装药量 Q 和长径比 l/d 对混凝土结构的成坑效应具有显著影响。增大 Q 时，炸药
与靶体接触表面积增大，而装药至靶体表面的距离不变，导致爆炸冲击波强度增大，进而加剧结构破
坏 [6-8] 。在 Q 一定时，增大 l/d 会减小接触表面积并增大装药至靶体表面的距离，从而削弱冲击波强度，降
低结构的破坏程度 [16-17] 。目前，对于接触爆炸作用下 SFRC 的成坑效应的研究多集中于 Q 和 l/d 的单独
作用。为探究 Q 和 l/d 的联合作用下 SFRC 靶体的破坏过程和机理，设计了 6 种装药量（Q=1, 3, 5, 7, 9,
11 kg）和 5 种长径比（l/d=1, 2, 3, 4, 5）共 30 组数值模型工况，对比分析不同工况下靶体的破坏模式和损
伤程度。
2.2.1 破坏过程及机理
考虑到不同工况下 SFRC 靶体的损伤演化过程大致相同，本小节仅展示 Q=11 kg，l/d=1 时 SFRC 靶
的毁伤过程。图 6 和 7 为 Q=11 kg，l/d=1 时 SFRC 靶内应力传播过程和损伤过程。柱形装药引爆早期阶
段，爆炸引起的应力波以球面压缩波的形式从靶体顶部向四周传播（图 6(a)～(b)）。此时应力波峰值远
大于混凝土动态抗压强度，爆炸近区的靶体以近似流体的形式沿着应力波传播的方向扩张形成爆坑
（图 7(a)～(b)）。压缩波在垂直方向上先到达靶体底部中心，并以拉伸波的形式向上反射（图 6(c)），由于
此时拉伸波强度远大于靶体动态抗拉强度，导致背爆面发生震塌破坏（图 7(c)）。当入射波传至侧面时，

Pressure/Pa

0 5.0×10 1.0×10 1.5×10 2.0×10 2.5×10 3.0×10 3.5×10 4.0×10 4.5×10 5.0×10 7
7
7
6
7
7
7
7
7
7
(a) 0.05 ms (b) 0.10 ms (c) 0.25 ms (d) 0.40 ms (e) 2.60 ms
图 6 Q=11 kg、l/d=1 时 SFRC 靶应力传播过程
Fig. 6 Evaluation process of von Mises stress distribution in the SFRC target under Q=11 kg and l/d=1

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