Page 75 - 《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

Side crack growth is terminated by Crack propagation is

the development of the main crack blocked by gap

Micro-damage
Outer surface zone

Inner surface
1 000 μm

Typical damage distribution
along thickness direction [3]

图 9 单、双层柱壳裂纹扩展对破片尺寸的影响
Fig. 9 Effect of crack propagation on fragment size of single- and double-layer cylindrical shells

4 影响单、双层柱壳测速曲线和动态断裂过程因素讨论

4.1 单、双层柱壳沿不同轴向位置的径向速度特征分析
为更详细地分析单、双层柱壳在空心炸药加载下不同轴线位置的动态断裂过程，通过对实际装置开
展数值模拟，从工程设计和材料性能两方面进一步解读实验结果：一方面，确认本实验装置沿轴线方向
是否存在定常段，以及它对柱壳不同高度的动态断裂影响；另一方面，分析这种工程结构是否干扰和影
响单、双层柱壳的断裂过程差异。
单、双层柱壳不同轴向位置的径向速度如图 10 所示。对于双层柱壳，外层柱壳在内层柱壳的冲击
加载下长时间与内层柱壳分离，外层柱壳的速度第一幅值主要受冲击波波阵面的影响：离起爆端越近，
冲击波波阵面越垂直于壁厚方向，冲击波沿壁厚方向的分量越大 [19] ，外层柱壳的径向速度幅值越大。随
着轴向距离的增加，外层柱壳的径向速度幅值逐渐较小，内层柱壳长时间无法追上外层柱壳，外层柱壳
速度平台时间较长，依靠自身径向膨胀塑性增加耗散能量，速度略微下降，与传统的柱壳膨胀速度曲线
明显不同。对于单层柱壳，不同轴向位置 G15、G20、G25、G30 对应的速度曲线的第 1、第 2 次起跳时间
的间隔 Δt 分别为 9.81、5.16、4.43 和 4.21 μs，表明越远离起爆端，爆炸冲击波波阵面与柱壳厚度方向的夹
角越小，越不容易产生层裂。即使发生层裂，其剩余残片将迅速追上层裂柱壳，如图 11 所示，引爆炸药

1 000 Δt 1 000

800 800
G15 G15
G20
G20
v/(m·s −1 ) 600 G25 v/(m·s −1 ) 600 G25
G30
G30
400 400
200 200
Single-layer cylinder Double-layer cylinder
0 0
10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40
t/µs t/µs
图 10 单、双层柱壳不同轴向位置的径向速度计算结果
Fig. 10 Calculation results of radial velocities of single- and double-layer cylindrical shells at different axial positions

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