Page 94 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

10 μs
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20 μs
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50 μs
−15.2
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60 μs
−300
−20.0
10 μs
−60
20 μs
−0.8
30 μs
−3.2
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−5.6
−8.0
40 μs
−180
−10.4
−12.8
50 μs
−15.2
−240
−17.6
60 μs
−20.0
−300
10 μs
−70
20 μs
−0.8
−3.2
30 μs
−140
−5.6
−8.0
40 μs
−210
−10.4
−12.8
50 μs
−15.2
−280
−17.6
60 μs
−20.0
−350
10 μs
−60
20 μs
−0.8
−3.2
−120
30 μs
−5.6
−8.0
40 μs
−180
−10.4
−12.8
50 μs −10.4
−240 −15.2
60 μs −17.6
−20.0
−300
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

0 10 μs z-stress/MPa
Compressive stress amplitudes/MPa −200 30 μs −10.4
4.0
−100
20 μs
1.6
−0.8
−3.2
−5.6
−8.0
40 μs
−300
−12.8
50 μs
−400
−17.6
−20.0
−500 60 μs −15.2
0 20 40 60 80 100
Distance/mm
(e) MB-3
图 19 测试靶板垂直方向压应力幅值与应力波传播
Fig. 19 Stress wave propagation and amplitude of vertical compressive stress of the test slab
4.2 应力传播路径
为深入揭示细观尺度下混凝土靶板在爆炸荷载作用下的动态响应规律与损伤破坏机制，本研究系
统探究了骨料分布模式与粒径参数对应力波传播特性的调控作用。爆炸发生后，爆源处形成高压区域
并向外扩散，产生球形压缩波，由于粗骨料的随机分布，压缩波的球形传播特征遭到破坏，原本集中传播
的球形压缩波被分散为多个局部压缩波，当应力波传播至粗骨料表面时，会反射形成拉伸波，进而在局
部粗骨料和砂浆中诱发拉应力。为统一量化骨料分布与粒径对应力波传播的影响，统计炸药下方靶板
内部各单元的压应力峰值如图 19 所示。
为深入揭示细观尺度下混凝土靶板在爆炸荷载作用下的损伤机理，本研究系统探究了骨料分布与
粒径对应力波传播特性的调控作用。爆炸发生后，爆源处形成极高压区域并向外扩散产生球形压缩
波。在均质介质中，应力波形态保持几何连续性。但在细观模型中，由于粗骨料与砂浆基体间存在显著
的波阻抗差异，应力波传播特性发生了改变。
根据广义波阻抗匹配定律，波阻抗定义为：
Z = ρc (9)
式中：ρ 为介质的密度，c 为应力波在介质中的传播速度。
当应力波从波阻抗为 Z 的介质（如砂浆）垂直入射到波阻抗为 Z 的介质（如骨料）界面时，会产生反
1
2
射波和透射波，其振幅关系遵循以下匹配定律。
反射系数（γ ）：
r
Z 2 −Z 1
γ r = (10)
Z 2 +Z 1
γ ）：
tr
透射系数（
2Z 2
γ tr = (11)
Z 2 +Z 1
当压缩波从砂浆入射至粗骨料表面时，由于 Z ＞Z ，反射系数 γ 为正，导致界面处产生强烈的压缩
r
2 1
波反射，在局部诱发显著的应力集中。反之，当波从骨料穿回砂浆时，反射系数为负，在骨料内部诱发拉
伸波。这种高频次的阻抗变换破坏了波阵面的几何连续性，将原本集中的球形压缩波离散为多个局部
波头，产生了明显的波阵面弥散效应，使爆炸能量在空间上发生重分布。
由靶板垂直方向压应力分布特征可知，随着应力波在靶板截面内的传播，靶板内部各单元的应力幅
值整体呈衰减趋势。同时，结合应力曲线图可观察到，应力曲线的趋势变化位置与靶板内单元的空间位
置具有显著相关性，且曲线趋势拐点通常出现在骨料表面单元处。这一现象的本质原因在于，压应力峰
093201-16