Page 123 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王一鸣，等： 电流互感器泄压装置在燃爆载荷下的动态响应与失效机理 第 11 期

由静态流动应力主导的屈服行为不同，燃爆诱导的高速加载限制了位错运动，使材料表现出更高的动态
流动应力，从而提高了爆破片的开启压力。此外，快速加载过程中材料与结构惯性效应抑制了塑性变形
与裂纹扩展，使爆破片从初始变形到完全开启存在一定的响应滞后。在此过程中容器内压力仍可能持
续上升，直至泄压通道逐步建立后才开始回落。同时，燃爆过程中压力场具有明显的空间非均匀性，压
力波在容器内传播、反射和叠加，在局部区域形成瞬时高压；而压力传感器记录的是安装位置处的局部
压力响应，其测得的峰值压力不一定等同于爆破片表面的瞬时平均压力。
因此，实测峰值压力 0.72 MPa，反映了泄压装置在燃爆诱导动态冲击载荷下的实际响应特征，而非
试验异常。结果表明：在燃爆等瞬态工况下，仅依据静态爆破压力进行泄压装置选型难以全面评估其工
作性能，有必要结合动态试验或经验证的数值分析方法，对其动态响应能力进行评估。

在燃爆载荷作用下，正拱十字刻槽爆破片
呈现出非对称动态失效形貌：三瓣按设计方向向
外翻卷，而一瓣出现向内开启（图 6）。该现象不
同于准静态条件下的对称开启行为，主要与动态
载荷下压力场非均匀、结构微小不对称以及破
口形成后的高速泄流效应共同作用有关。首先，
燃爆冲击载荷会激发爆破片的瞬态振动，压力波
在容器内传播、反射并与结构模态耦合，使刻槽
区域的应力分布呈现空间不均匀性。若某瓣刻
槽 处 存 在 微 小 几 何 偏 差 、 残 余 应 力 或 初 始 缺
陷 [23] ，其局部动态应力可能率先达到断裂条件 [24] ， 图 6 爆破片变形破坏图
从而优先启裂并形成非对称开启的初始条件；同 Fig. 6 Rupture disc deformation failure diagram
时，惯性效应使该瓣在断裂后的翻转过程与整体响应存在时序差异，进一步放大开启不对称性。其次，
应力波在有限边界内的叠加加剧了局部应力集中，可能改变各瓣的断裂顺序与翻转路径，使初始微小差
异演化为宏观可见的失效偏置。此外，破口形成后高速泄流会在外侧形成局部低压区，对尚未完全开启
的瓣叶产生附加压力梯度，从而对滞后瓣施加向内净载荷。当该附加载荷与结构惯性/抗弯能力的竞争
占优时，瓣叶可能发生动态屈曲并出现反常的向内翻转。
试验结果表明，泄压装置的非对称开启本质上源于初始弱区优先启裂，在压力波传播与边界反射作
用下被放大，并受高速泄流诱导的附加载荷进一步强化，体现出其在瞬态载荷下对制造公差、残余应力
及载荷非均匀性的高度敏感性，因此工程设计中需重点控制刻槽几何一致性并削弱端部反射与局部高
速泄流对瓣叶运动的不利影响。
2.4 泄压装置动态力学行为仿真

基于上述试验结果系统揭示了泄压装置在燃爆冲击载荷作用下的典型动态响应特征，包括爆破片
在高应变率条件下的开启行为、非对称失效形态以及膨胀器波纹节的塑性变形分布规律。研究表明：泄
压装置的力学响应主要受高应变率材料行为、瞬态动力学效应及应力波传播等固体力学过程的共同控
制。尽管试验手段能够较为准确地获取结构的宏观响应，但爆破片刻槽处的损伤演化与裂纹扩展过程、
膨胀器节段的瞬态应力与应变分布以及应变率效应在整体响应中的作用机制等关键力学细节，仍难以
通过试验直接观测。为进一步揭示上述动态响应机制，对泄压装置在燃爆载荷作用下的动态力学行为
进行深入分析。数值研究以试验测量结果为基础进行载荷输入与模型验证，将实测容器内部的压力-时
间历程作为边界载荷施加于有限元模型，并通过对比仿真与试验在爆破片开启形貌及膨胀器最终变形
等方面的一致性，评估模型的可靠性。仿真结果显示，爆破片动态开启压力约为 0.74 MPa，与试验实测
值（0.72 MPa）的偏差为 2.8%；膨胀器 9 个波纹节轴向最终变形的仿真值与试验值最大相对误差不超过
12%，且整体变形分布趋势一致。考虑到燃爆试验本身具有一定的随机性和测量误差，上述偏差处于工

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