Page 127 - 《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

根据模拟结果导出爆破片的有效塑性应变和 von Mises 应力并绘制出材料的应力-应变曲线和监测
点位的速度曲线如图 11 所示。

700 120

600 100 Point 1
Point 2
500 Point 3
80 Point 4
Point 5
400
Stress/MPa 300 v/(m·s −1 ) 60 Point 6
Point 7
Point 8
200 40 Point 9
Point 10
100 20
0
0
0 0.25 0.50 0.75 1.00 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Strain t/ms
(a) Rupture disc stress-strain curve (b) Velocity curves at bursting disc monitoring points

图 11 爆破片的应力-应变曲线与监测点的位速度曲线
Fig. 11 Rupture disc stress-strain curve and monitoring point velocity curves
图 11(a) 监测结果分析表明，该材料模型表现出典型的各向同性硬化行为。其初始屈服应力约为
340 MPa，随着有效塑性应变增大至 1，材料的流动应力提高至约 645 MPa，对应的应力增量为 305 MPa。
由此计算得到的平均硬化模量约为 308 MPa，反映了材料在塑性变形过程中流动应力随应变持续增大的
特性，能够较好地描述其抗变形能力的逐步强化过程。分析图 11(b) 结果显示，爆破片在开启过程中，中
心及刻槽近中心区域的速度响应最为显著；沿刻槽向外，速度总体呈下降趋势，但在刻槽末端及靠近法
兰约束的位置出现明显回升，表现出非单调的分布特征。该现象反映了应力波传播特性与结构边界条
件共同作用下的动态响应行为。中心及近中心区域速度较大，主要源于初始燃爆载荷的直接作用。该
区域结构刚度相对较低，在压力迅速建立后率先发生加速运动，并获得较大的动能。沿刻槽方向速度逐
渐减小，则与弯曲波沿刻槽传播过程中的能量衰减有关。刻槽不仅为应力波提供了主要传播路径，同时
也引入了沿程变化的局部刚度，使应力波在传播过程中因几何扩散及材料内耗散而逐步衰减，从而导致
各测点速度依次降低。在刻槽末端及法兰邻近区域，速度出现回升，主要与应力波在几何不连续处和固
定边界处的反射叠加有关。当应力波传播至刻槽末端或刚性法兰边界时，会发生反射并与后续入射波
叠加，在局部区域形成较高的动态应力水平。同时，瞬态载荷激发了爆破片的整体振动模态，固定边界
附近在特定模态下可能对应速度响应较大的位置，使该区域的速度幅值进一步放大。
综上，爆破片速度分布并非由中心向外简单衰减，而是初始载荷驱动、应力波传播与衰减、边界反
射效应以及结构整体振动模态共同作用的结果。刻槽末端及法兰附近速度回升，正是上述多种动力学
因素耦合作用下的集中体现。

3 结 论

针对电流互感器膨胀器-爆破片组合泄压装置，在等效氢-空气预混气燃爆试验与显式动力学仿真基
础上，研究其在瞬态冲击载荷下的动态响应与失效特征，得到的主要结论如下。
(1) 点火后压力波快速建立并先于火焰前锋到达泄压口，从而触发爆破片开启；火焰在管内发展加
速后才外逸，说明压力释放完成并不等同于火焰风险同步消除，泄压评价需兼顾压力与火焰效应。
(2) 爆破片设计爆破压力为 0.2 MPa，而试验中开启前峰值压力达到 0.72 MPa。动态开启压力升高
与毫秒量级快速加载下的应变率强化、结构惯性导致的开启滞后及压力场空间非均匀性共同相关；同
时，爆破片可能出现非对称翻卷/反向瓣叶等开启偏置，其形成与刻槽局部差异、边界反射引起的局部应

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