Page 145 - 《爆炸与冲击》2026年第10期
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第 46 卷 赵小华，等： 水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性 第 10 期
C 进行分析，C 越大表明分布越不均匀 [33] 。计
V
V
算式如下： Q1 32% 12% 39% 5%12% 0% m≥100 g
σ
C V = (1) 50 g≤m＜100 g
µ
µ 为平均值。计算结果如表 Q2 56% 8% 37% 0% 30 g≤m＜50 g
式中： σ 为标准差， 3
所示。 10 g≤m＜30 g
由表 3 可知，Q2 组碎片质量在不同区间之
Q3 36% 12% 22% 7% 15% 6% 5 g≤m＜10 g
间分配的差异最大，Q3 组最小，Q1 组处于中间
m＜5 g
水平。结合毁伤结果分析，Q2 组试件在爆炸作
0 20 40 60 80 100
用下主要产生小块碎片，碎片质量分布更为集 Percentage of mass/%
中，导致碎片分配最不均匀，相比之下，跨度更大 图 6 碎片质量百分比对比图
的 Q1 组试件由于形成了更多的大块碎块，碎片 Fig. 6 Comparison chart of fragment mass percentage
分布的范围更广，表明结构产生了更明显的整体
破坏。损伤程度最大的 Q3 组试件则由于产生了最剧烈的整体破碎，碎块质量分布最广，表现为最均匀
的质量分布特征。
表 3 碎片质量变异系数
Table 3 Variation coefficient of fragment mass
试验编号 Q1 Q2 Q3
0.845 0 1.304 5 0.615 6
C V
3 数值模型
3.1 有限元模型
水下接触爆炸的数值模型采用拉格朗日-欧拉耦合算法 [34] 建立，由混凝土拱板、炸药和水三部分构
成，如图 7 所示。考虑到试验中采用的是无聚能穴的钢制雷管，其起爆过程不具备典型聚能射流形成条
件 [35-36] ，因此本文建模中未单独考虑雷管的聚能射流作用，而是用等效的 TNT 进行了简化处理。模型中，
拱板两端设置固定约束，混凝土拱板采用适用于求解固体的拉格朗日单元建立，水体和 TNT 炸药则采
用适用于模拟流体的欧拉单元建立。为兼顾计算精度与效率，对炸药中心的水体网格进行局部加密，并
沿长度呈梯度分布。此外，在水体表面设置无反射边界以消除水体边界的反射波对计算结果的影响 [37] 。
Non-reflecting plane
Steel fixing frame
Explosive
y
Concrete arch slab
x
z Water area
图 7 数值模型示意图
Fig. 7 Schematic diagram of the numerical model
103401-7
