Page 182 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 刘洁宁，等： 内爆炸荷载下钢筋混凝土单房间的抗爆性能 第 10 期

置空气域和炸药为欧拉网格，混凝土为拉格朗日网格，均采用 Solid164 单元，钢筋划分为 Beam161 单元，

三者均通过关键字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID 相互耦合。在整个有限元模型中，混凝土
材料单元网格尺寸为 20 mm，钢筋单元的网格尺寸为 20 mm，空气区域的材料单元网格尺寸为 60 mm。
为了使数值仿真的边界条件与试验一致，将有限元模型中的混凝土房间底部表面进行全约束，使用
*BOUNDARY_SPC_NODE 约束表面节点所有方向位移和转角，并使用*BOUNDARY _NON_REFLECTING
为空气域表面设置无反射边界，保证压力能够顺利通过空气域边界，从而将空气域视为无限空气域。
2.2 材料模型及参数
混凝土材料模型选用 LS-DYNA 中的 RHT 材料模型 [27] ，该模型适用于脆性材料的大变形侵彻和爆
炸数值模拟计算，混凝土具体参数如表 1 所示。

表 1 混凝土参数
Table 1 Concrete parameters
−3
密度/(g·cm ) 抗压强度/MPa 弹性剪切模量/MPa 相对抗剪强度 对抗拉强度 最小损伤残余应变 压缩应变率依赖指数
2.3 40 16 700 0.18 0.1 0.015 0.032

TNT 炸药采用了 HIGH_EXPLOSIVE_BURN 的材料模型，并且使用 JWL 状态方程去模拟爆炸中化
学能产生的压力，JWL 状态方程如下 [28] ：
Å ã Å ã
ω ω ωE
p TNT = A 1− e −R 1 V + B 1− e −R 2 V + (1)
R 1 V R 2 V V
式中： p T 为爆炸压力，E 为体积内能，V 为爆炸产物的相对体积，ω、A、B、R 、R 为 2 JWL 状态方程参
TN 1
数。TNT 炸药具体参数和状态方程参数 [29] 如表 2 所示。

[29]
表 2 TNT 炸药模型参数
Table 2 Parameters of the TNT explosive mode [29]

−3
密度/(g·cm ) 初始体积内能/GPa A/GPa B/GPa R 1 R 2 ω
1.63 7.0 373.8 3.75 4.15 0.90 0.35

钢筋采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC 双 [30]
表 3 HRB400 钢筋材料参数
线性弹塑性材料动态本构模型进行表征，该模型 [30]
Table 3 HRB400 steel bar material parameters
通过双线性应力-应变关系描述材料的弹塑性行
密度/ 弹性模量/ 切线模量/ 有效塑形
为，第一段斜率为弹性模量，第二段斜率为切线 泊松比 屈服应力
−3
(g·cm ) GPa MPa 应变
模量，此次有限元模型中的主要参数选自文献 [30]，
7.8 207 0.3 400 1 100 0.092
如表 3 所示。
数值模拟中将空气视为理想气体，使用 LS-DYNA 中的无屈服强度流体模型*MAT_NULL 进行表
征，并结合其状态方程*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 进行设置，其状态方程如下所示：
2 3 2
p a = C 0 +C 1 µ+C 2 µ +C 3 µ +(C 4 +C 5 µ+C 6 µ )E a0 (2)
式中： p 为爆炸压力；参数 C =C =C =C =C =0，C =C =γ−1，γ 为绝热指数；E 为空气初始体积内能。具
a
0
5
4
6
3
2
1
a
0
体参数如表 4 [31] 所示。

表 4 空气材料参数 [31]
Table 4 Air material parameters [31]
−3
密度/(g·cm ) 弹性模量/MPa C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 γ
1.29 0.101 0 0 0 0 0.4 0.4 0 1.4
105101-4