Page 86 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 平，等： 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 第 9 期

模拟中采用相同的方式，在靶板边缘施加固定约

束。通过关键字*INITIAL_VOLUME_FRACTION_
GEOMETRY 将 炸 药 填 充 到 空 气 网 格 中 ， 并 利 Air
用 ALE (arbitrary Lagrange-Euler) 流固耦合算
法对靶板的抗爆性能进行分析。模型中建立了 TNT Aggregate
钢筋、骨料和基体的 PART 集合，并通过关键字
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID 将这
些集合与空气和炸药进行耦合。近场爆炸的细
观有限元模型如图 6 所示。 Matrix Rebars
本研究的细观模型计算在小型工程级服务 图 6 钢筋混凝土板抗爆有限元模型
器中完成，硬件配置如下：CPU 为 AMD Ryzen Fig. 6 Blast-resistant finite element model
Threadripper 3945WX （ 12 核 24 线 程 ， 主 频 for the reinforced concrete slab
3.2 GHz）、内存 128 GB、GPU 为 NVIDIA RTX A5000 （24 GB 显存，CUDA 核心 8 192 个）。其中，在 MATLAB
中的细观模型生成（骨料生成、网格划分）耗时约 18 h，显式动力学求解（LS-DYNA）耗时约 12 h。

3 试验与数值模拟结果分析

3.1 靶板破坏损伤形态及模拟验证
80 mm 厚钢筋混凝土靶板在 30 g TNT 炸药接触爆炸下试验结果 [12] 与模拟结果对比如图 7(a) 所
示。试验中靶板整体表现为层裂震塌的破坏模式，迎爆面呈现不规则的开坑损伤，背爆面层裂坑面积要
远大于迎爆面，这是由于靶板背爆面以拉伸应力波为主，而混凝土抗拉强度远小于抗压强度，这导致在
拉伸应力波下靶板更容易发生层裂破坏。数值模拟结果也呈现类似的结果，靶板背爆面层裂坑面积及
深度要远大于迎爆面，并且背爆面还因拉伸破坏呈现径向的裂纹。由于细观模型局部破坏形态与试验
均呈现不规则性，本文使用开坑面积与开坑深度来评估细观模型的有效性，数值模拟得到的迎爆面开坑
2
面积为 102.6 cm ，开坑深度为 24 mm，要小于试验所测量的数据，与试验的相对误差分别为 38.1% 和
26.1%。而背爆面在整体破坏形态和裂纹分布上都与试验吻合良好，模拟中得到的背爆面开坑面积为
385.3 cm ，开坑深度为 36 mm，与试验结果的相对误差分别为 8.7% 和 10.6%。本文所建立的细观有限元
2
模型可以较好地再现钢筋混凝土靶板的损伤破坏情况。

Front Front
Effective
plastic strain
2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
24 mm 32 mm 1.4
Profile Profile 1.3
1.2
36 mm 44 mm 1.1
1.0
Rear Rear 0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
(a) 80 mm (b) 100 mm
图 7 不同厚度钢筋混凝土板接触爆炸试验 [12] 与模拟结果
[12]
Fig. 7 Experimental and simulation results of contact explosion on reinforced concrete slabs with different thicknesses

093201-8