Page 200 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 李军润，等： 基于开源信息融合的公共安全爆炸事故分析方法 第 10 期

[34]
混凝土结构采用 Lagrange 实体单元，钢筋采用 Beam 梁单元，空气网格采用 S-ALE 网格 。采用关键
字*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY 填充炸药。采用关键字*CONSTRAINED_LAGRANGE_
IN_SOLID 实现空气和炸药与防护结构和建筑结构之间的流固耦合。空气域边界通过关键字*BOUNDARY_
NON_REFLECTING 设置为无反射边界，地面设置为刚体。通过网格敏感性分析确定空气网格大小为
[34]
42 mm，混凝土及钢筋网格尺寸为 37 mm 。
采用关键字*MAT_PLASTIC_KINEMATIC 定义钢筋本构模型 [35] ，该模型能够有效表征材料在塑性
变形过程中的力学行为变化，适用于其在爆炸荷载下的非线性分析。模型屈服应力表达式及 Cowper-
Symonds 应变率放大因子分别为：

(4a)
σ y = σ 0 + E p ε eff,p
λ DIF = 1+(˙ε/C) 1/P (4b)
ε eff,p 为
式中： σ y 为材料静态和动态屈服强度，MPa； σ 0 为初始屈服强度，MPa； E p 为塑性硬化模量，MPa；
−1
有效塑性应变；λ F ˙ ε 为钢筋应变率，s ；C 和 P 为应变率效应相关参数。本文数值模拟
DI 为动态增大系数；
中钢筋的直径为 12 mm，弹性模量为 210 GPa，泊松比为 0.3，屈服强度为 400 MPa，应变率参数 P 为 5，这
些参数均参考文献 [35]。
采用关键字*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3 定义混凝土本构模型 [36] ，该模型由 3 个独立的强
度破坏面构成，分别为屈服面、最大破坏面和残余破坏面。其不同应力状态下的混凝土应力强度分别为：

(5a)
∆σ f = ζ∆σ m +(1−ζ)∆σ y λ≤λ m
(5b)
∆σ f = ζ∆σ m +(1−ζ)∆σ r λ＞λ m
∆σ r 分别为初始屈服强度、极限强度和
式中： ∆σ f 为不同应力状态下的有效应力偏量，MPa； ∆σ m 、 ∆σ y 和
λ 的函数。本文数值模拟中混凝土的初始密
残余强度，MPa； λ 为损伤变量； λ m 为损伤阈值； ζ 为损伤变量
度为 2 400 kg/m ，抗压强度为 40.0 MPa，这些参数均参考文献 [35]。
3
采用关键字*MAT_008_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 定义炸药的本构模型 [37] ，同时采用*EOS_JWL 状
态方程描述炸药的爆轰过程：
Å ã Å ã
ω ω ωE
p e = A 1− e −R 1 V e + B 1− e −R 2 V e + (6)
R 1 V e R 2 V e V e
式中：p 为爆轰产物压力，GPa；A、B、R 、R 和 2 ω 分别为反映爆轰产物压力的参数；E 为炸药单位体积初
e
1
3
3
始内能，J/m ；V 为相对体积。本文数值模拟中炸药的初始密度为 1 630 kg/m ，爆轰速度为 6 930 m/s，
e
9
3
p 为 21 GPa，A 为 370 GPa，B 为 3.747 GPa，R 为 1 4.15，R 为 2 0.9，ω 为 0.35，E 为 0 7×10 J/m ，这些参数均参
考文献 [35]。
采用关键字*MAT_NULL 定义空气的本构模型，同时采用*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL 多项式状
态方程描述空气的力学行为变化：
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 a (7)
3
式中：C 、C 、C 、C 、C 、C 和 5 C 为多项式状态方程参数；E 为空气初始体积能量，J/m ；μ 为无量纲数，
a
6
0
1
2
3
4
3
µ =1/V −1，V 为相对体积。在本文数值模拟中空气的初始密度为 1.29 kg/m ,初始能量 E 为 0 2.5×10 J/m ，
5
3
a
a
动态黏性系数为 0，截断压力 p 为−0.1 MPa，C 、C 、C 和 2 C 均为 0，C 为 6 0，C 和 4 C 均为 0.4，这些参数
c
3
5
0 1
均参考文献 [35]。
3.2 仿真结果分析
3.2.1 冲击波载荷特征
图 8 给出了各测点在有、无防护结构工况下的超压时程曲线。可以看出，在无防护结构工况下，建
筑结构迎爆面的超压时程曲线呈现出典型双峰特征。主要是由于初始冲击波在建筑表面与地面分别发
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