Page 79 - 《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-2025-0313

接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土板细观数值模拟

及应力波的传播机理 *

吴 平 ，马崇亮 ，许弘霖 ，周晓光 3,4
1
1
2
（1. 宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021；
2. 龙岩学院资源工程学院，福建 龙岩 364012；
3. 江汉大学精细爆破全国重点实验室，湖北 武汉 430056；
4. 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430056）

摘要： 传统均质化模型难以准确描述混凝土中骨料分布、骨料粒径和钢筋配置对应力波传播路径及能量耗散机
制的细观影响，限制了对钢筋混凝土靶板抗爆破坏机理的深入理解。针对这一问题，联合 MATLAB 与 LS-DYNA 建立
了包含钢筋、骨料和基体的钢筋混凝土靶板三维细观有限元模型，并通过接触爆炸试验对模型进行了对比验证。结果
表明，该模型可以较准确地预测钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的破坏模式和开坑尺寸。在此基础上，通过细观
数值模拟参数分析，研究了骨料（分布模式、粒径）和钢筋布置对钢筋混凝土抗爆性能及应力波传播的影响。对于骨
料参数，骨料的粒径分布特征和粒径大小确定了应力波的演化规律及能量耗散特征，进而影响混凝土迎爆面开坑和背
爆面层裂坑的几何尺寸。当骨料粒径沿迎爆面至背爆面方向呈递减分布时，可有效抑制迎爆面开坑扩展及背爆面层
裂发展，呈递增分布则会加剧表面开坑和内部层裂损伤。粒径方面，小粒径骨料靶板背爆面层裂坑呈现浅而广特征，
大粒径骨料靶板则表现为深而小形态。相较于骨料，钢筋对靶板整体破坏模式及应力波传播的影响弱，低配筋率下钢
筋几乎不影响压应力峰值的动态传递过程，而在高爆炸荷载下钢筋抑制了靶板的碎裂进程并缓解了弯曲破坏，提升了
靶板的结构完整性和抗毁伤能力。
关键词： 钢筋混凝土；细观数值模拟；接触爆炸；参数分析；应力波传播
中图分类号： O383 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Mesoscopic numerical simulation and stress wave propagation mechanism of
reinforced concrete slabs under contact explosion loading

1
1
2
WU Ping , MA Chongliang , XU Honglin , ZHOU Xiaoguang 3,4
（1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, Ningxia, China;
2. School of Resource Engineering, Longyan University, Longyan 364012, Fujian, China;
3. State Key Laboratory of Precision Blasting, Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei, China;
4. Hubei Key Laboratory of Blasting Engineering, Jianghan University, Wuhan 430056, Hubei, China）

Abstract: Traditional homogenization models have difficulty accurately capturing the mesoscale effects of aggregate
distribution, aggregate particle size, and reinforcement configuration on stress-wave propagation paths and energy-dissipation
mechanisms in concrete, thereby limiting an in-depth understanding of the blast-induced failure mechanisms of reinforced
concrete slabs. To address this issue, a three-dimensional mesoscale finite element model of reinforced concrete slabs incor-
porating reinforcement, aggregates, and mortar matrix was established through the combined use of MATLAB and LS-DYNA.

* 收稿日期： 2025-09-28；修回日期： 2026-05-12
基金项目： 国家自然科学基金（52408273）；宁夏优秀青年科学基金（2024AAC05015）
第一作者： 吴 平（1993－ ），男，博士，副教授，wuping@nxu.edu.cn
通信作者： 周晓光（1987－ ），男，博士，高级工程师，zhouxiaoguang@jhun.edu.cn

093201-1