Page 67 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 第 9 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 9
2026 年 9 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Sept., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0177

空心炸药爆炸加载下单双层金属柱壳的

膨胀断裂行为 *

张世文，陈 艳，金 山，但加坤，刘明涛，汤铁钢

（中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621999）

摘要： 采用多普勒光纤探针系统（Doppler pins system，DPS）和高速摄影技术，研究空心炸药爆轰加载下，单、双层
金属柱壳（双层总厚度等于单层厚度）的膨胀断裂行为，获得了单、双层柱壳外表面的速度曲线和高速摄影图像。测
速结果表明：单层柱壳靠近外表面约 2/5 处产生层裂，单层柱壳剩余残片经过约 1.89 μs 迅速追上层裂柱壳并产生二次
冲击加载；双层柱壳的内、外层柱壳之间因无法承受拉应力而迅速分离，外层柱壳沿径向膨胀，内层柱壳则继续受爆
轰加载，26.13 μs 后，内层柱壳追上外层柱壳并进行二次冲击加载。单、双层柱壳膨胀实验中的二次加载时间差异显
著，表明二者柱壳的膨胀断裂过程存在差异：双层柱壳的过早分离阻碍了裂纹从内至外的贯通过程，延缓了柱壳整体
的裂纹扩张及完全断裂行为的产生。与传统的单层柱壳断裂现象明显不同，双层柱壳的外层膨胀断裂时，其爆轰产物
泄漏时间晚、破片尺寸明显小于单层柱壳破裂尺寸，溢出的爆轰产物较少且分布较为分散，外层柱壳整体裂纹清晰可
见。采用光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）方法进行数值模拟分析，结果表明：在一定条件
下，单层柱壳的层裂强度越低，二次加载时剩余残片追上层裂片的时间越晚，越不容易发生贯穿性断裂，双层柱壳界面
的间隙阻挡裂纹贯穿性发展的效果显著。
关键词： 冲击动力学；多普勒光纤探针系统阵列；高速摄影；膨胀断裂；双层柱壳；光滑粒子流体动力学
中图分类号： O346.1 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Expanding fracture behaviors of single- and double-layer metallic
cylindrical shells subjected to detonation of hollow explosives

ZHANG Shiwen, CHEN Yan, JIN Shan, DAN Jiakun, LIU Mingtao, TANG Tiegang
（Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, Sichuan, China）

Abstract: The detonation-driven expansion and fracture behavior of single-layer and double-layer metallic cylindrical shells
(with equal total thickness) were investigated via the DPS (Doppler pins system) array and high-speed photography. The
velocity curves and high-speed photography images of the outer surface of the single- and double-layer cylindrical shells were
obtained. The velocity curves show that spallation occurs at approximately 40% of the thickness from the outer surface in the
single-layer cylindrical shell. In addition, the spallation part was caught up after ～1.89 μs by the fragments of the single-layer
cylindrical shell, leading to the secondary impact loading. In the case of double-layer cylindrical shell, the inner and outer
shells of the double-layer cylindrical shell separated quickly since they cannot withstand the tensile stress. The outer cylindrical
shell expands freely with high velocity at initial stage. It is then caught up by the inner cylindrical shell after 26.13 μs, leading
to the secondary impact loading. There is a significant difference in secondary impact loading times the single- and double-
layer shell expansion experiments. The premature separation of the double-layer cylindrical shell hinders the crack penetration

* 收稿日期： 2025-06-16；修回日期： 2026-04-09
基金项目： 中国工程物理研究院院长基金（YZJJZQ2024001）；国家自然科学基金（11932018）
第一作者： 张世文（1971－ ），男，博士，副研究员，zhangswxueshu@163.com
通信作者： 陈 艳（1993－ ），女，硕士，助理研究员，1028702777@qq.com
但加坤（1984－ ），男，博士，副研究员，eprbell@163.com

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