Page 76 - 《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

TNT 的爆轰流场分布表明，本实验几乎没有较稳定的定常段存在，不利于研究空心炸药加载下单、双层
柱壳的动态断裂过程。但是，对于同一轴向位置，单、双层柱壳断裂过程的差异是可以明确的。

Outer shell Inner shell

PBX
TNT

图 11 起爆 25 μs 后不同物质空间分布情况
Fig. 11 Spatial distributions of different substances after 25 μs of detonation

4.2 层裂强度对单层柱壳动态断裂影响分析及与双层柱壳差异分析
图 12 为空心炸药爆轰加载下单层柱壳不同层裂强度对应的柱壳速度曲线。材料层裂强度 p 可根
s
据 Grady 计算公式得出：
2
p s = (2ρc Yε c ) 1/2 (1)
0
式中：ρ 为密度，c 为声速，Y 为屈服强度，ε 为失效应变。由式 (1) 可知，p 与 s ε 的 c 1/2 次方成正比 [20] 。
0
c
当 p 增大 10% 和 20% 时，在保持参数 ρ、c 、Y 不变的情况下，失效应变分别增至 1.1 和 2 1.2 。即 3 种工
2
s
0
况下的失效应变分别为 0.15、0.181 5 和 0.216。由计算曲线可知，当柱壳材料的层裂强度分别为 p 、
s
1.1p 和 s 1.2p 并逐渐增大时，层裂损伤的演化时间也随之增长，层裂片达到速度最低值的时间分别为
s
15.56、15.64 和 15.71 μs，剩余残片追上层裂柱壳的时间反而提前，分别为 19.88、19.48 和 18.54 μs。层裂
强度为 p 时，层裂柱壳从速度最低值到达二次碰撞的时间差为 4.32 μs，而层裂强度为 1.2p 时，对应的时
s
s
间差为 2.83 μs，缩短了 1.49 μs。双层柱壳相当于在该位置的层裂强度基本为零，内柱壳追上外柱壳的时
间显著增长，在空心炸药加载下，柱壳膨胀断裂更容易受到层裂过程的影响，两者相互耦合增大了研究
柱壳膨胀断裂过程机理的难度。
1 100

1 000
1 000 4.32 µs G15 (p s )
800 G20 (p s )
G15 (p s ) 900 G25 (p s )
G20 (p s )
v/(m·s −1 ) 600 G25 (p s ) v/(m·s −1 ) G15 (1.1p s )
G15 (1.1p s )
400 G20 (1.1p s ) 800 G20 (1.1p s )
G25 (1.1p s ) G25 (1.1p s )
G15 (1.2p s ) G15 (1.2p s )
200 G20 (1.2p s ) 700 2.83 µs G20 (1.2p s )
G25 (1.2p s ) G25 (1.2p s )
0 600
12 14 16 18 20 22 24 26 12 14 16 18 20 22 24 26
t/µs t/µs

图 12 不同层裂强度下单层柱壳不同位置径向速度的计算曲线
Fig. 12 Calculation curves of radial velocity of single-layer cylindrical shells at different positions under different spall strengths

5 结 论

本文开展了空心炸药爆轰加载下单、双层柱壳的膨胀断裂实验。根据 DPS 阵列测速曲线和高速摄
影图片，结合数值模拟获得了如下结论。

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