Page 125 - 《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

y-displacement/m y-displacement/m
−7.041×10 −5 −7.571×10 −4
−5.284×10 −5 −6.039×10 −4
−3.528×10 −5 −4.507×10 −4
−1.771×10 −5 −2.976×10 −4
−1.444×10 −7 −1.444×10 −4
−1.742×10 −5 −8.777×10 −6
(a) 0.519 ms (b) 1.200 ms

y-displacement/m y-displacement/m
−2.549×10 −3 −5.829×10 −3
−2.029×10 −3 −4.660×10 −3
−1.509×10 −3 −3.490×10 −3
−9.894×10 −4 −2.320×10 −3
−4.694×10 −4 −1.150×10 −3
−5.063×10 −5 −1.988×10 −5
(c) 2.010 ms (d) 3.000 ms
图 9 膨胀器变形过程的位移云图
Fig. 9 Displacement contour map monitoring deformation process of the expander

监测数据结果表明：9 个波纹节中点沿轴向自下而上的最终位移分别为 2.65、2.79、1.54、0.75、
1.02、1.34、1.65、1.43 和 3.08 mm。该位移分布与前述速度响应特征一致，反映出膨胀器在动态载荷作用
下主要受整体振动模态控制。整体来看，位移沿轴向呈现出两端较大、中部较小的分布规律，其中顶部

9 号波纹节的位移幅值最大，表明固定边界附近的应力波反射及能量聚集对结构响应具有显著影响，该
位置在主导振型中表现为位移反节点。与此同时，底部 1、2 号波纹节由于直接受到初始冲击载荷的驱
动，其位移水平亦保持在较高区间；而中部节段对应于整体振动的波节区域，变形幅值明显受限。上述
结果从位移累积的角度进一步说明，应力波在边界处的反射叠加以及结构整体模态特性是决定膨胀器
动态变形分布的主要因素。
2.4.2 爆破片的动态破坏力学行为
爆破片各点位的破坏时间见表 6，爆破片的变形破坏云图见图 10。

表 6 爆破片各点位的破坏时间
Table 6 Failure time of each point on the rupture disk
爆破点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
破坏时间/ms 1.17 1.09 1.10 1.10 1.11 1.14 1.20 1.27 1.51 1.63

分析表 6 和图 10 可知，各测点的破坏时刻具有明显的先后次序，其分布与结构的动力学响应过程
密切相关。破坏首先出现在刻槽靠近中心的区域，表明该位置作为预设弱区在动态载荷作用下能够有
效引导破坏起始。具体而言，2 号点最先发生失效，其时间甚至早于中心点 1 号，说明刻槽根部的应力集
中效应与中心区域较大的惯性响应共同作用，使刻槽近中心段成为整体结构中最易发生破坏的部位。
沿刻槽方向，裂纹扩展表现出明显的非匀速特征。由 2 号点向外扩展至 6 号点的过程中，裂纹在约
0.05 ms 内迅速推进，完成了刻槽长度近一半的扩展，反映出初始阶段裂纹在较高能量输入条件下的快速
传播特性。随着裂纹进一步向外延伸，其扩展速率逐渐降低，自 7 号点起至 9 号点到达刻槽末端，传播过
程明显放缓。这一变化与应力波传播过程中的能量衰减，以及瓣片逐步形成后结构刚度降低、能量释放
方式发生转变密切相关。在刻槽初始裂纹产生后约 0.08 ms，中心点 1 号发生破坏，表明刻槽裂纹的形成
主要起到破坏触发作用，而中心区域的完全断裂则直接导致四瓣结构的分离，从而建立有效的泄压通

113901-11