Page 72 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 张世文，等： 空心炸药爆炸加载下单双层金属柱壳的膨胀断裂行为 第 9 期

的运动，导致内、外柱壳首次冲击分离后，内壳
1 200
再次追上外壳，产生二次加载。尽管如此，从计
1 000
算结果可以看出，单、双层柱壳测速的基本特征
具有显著差别，并不影响对实验结果的分析。 800
为更详细地阐述两者差异，结合数值模拟 v/(m·s −1 ) 600
和测速结果进行对比分析。图 6 为单、双层柱 1 000
900
400 900 Single-layer-B3 exp.
壳在起爆 15 μs 时（考虑雷管起爆时间和传爆药 v/(m·s −1 ) 850 Δu Double-layer-B3 exp.
800
传播时间，相当于实验的 17.16 μs）的冲击波波阵 200 750 Single-layer simulation
700
Double-layer simulation
16 18 20 22
面及层裂演化对比。单、双层柱壳在 G20 位置 0 t/µs
15 20 25 30 35 40 45 50 55
的径向速度均有振荡信号，但不能直接根据振荡
t/µs
周期判断是否发生层裂或者计算层裂片厚度。
图 5 单、双层柱壳测速曲线实验和计算比较
其计算公式相当复杂，必须考虑冲击波波阵面与
Fig. 5 Comparison of experimental and calculated velocity
厚度方向的夹角。由计算可知，爆轰波进入柱壳 curves of single- and double-layer cylindrical shells
后 ， 其 冲 击 波 波 阵 面 与 厚 度 方 向 的 夹 角 θ 约 为
60°，波阵面沿该方向经过的距离远大于单层柱壳层裂后的厚度和双层柱壳外壳的厚度。由实验和计算
结果可知，对于单层柱壳，实验测得单层柱壳产生的层裂柱壳振荡周期为 0.90 μs，计算振荡周期为 1.03 μs，
两者非常接近，由此确定的层裂柱壳厚度约为原始柱壳厚度的 2/5，且沿着轴向不同位置，层裂柱壳的厚
度逐渐增加，损伤程度逐渐降低。对于双层柱壳，实验测得的速度曲线振荡周期为 0.49 μs，计算振荡周
期为 0.45 μs，由此计算得到的外壳厚度与实际厚度相当，表明双层柱壳外壳没有发生层裂。由于爆轰产

1 100
(a)
Single-layer-B3
Double-layer-B3
1 000
v/(m·s −1 ) 900

2Δt=
800
1.80 μs

700
14 16 18 20 22 24
t/µs
(b) Single-layer shell
Pressure/GPa Pressure Material status
62.9 G12 G13 G14 G15
56.2 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 Void
49.6 Hydro
42.9 Elastic
θ≈60°
36.2
Spallation Plastic
29.6 ocurrence
Bulk fail
22.9
Fail degree
16.2 G12 G13 Failed 11
G14 G15
9.6 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 Failed 22
2.9 Failed 33
−3.8

(c) Double-layer shell

093101-6

θ≈60°

−3.7