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2026, 46(2): 021001.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0511
摘要:
为实现大尺度复杂空间范围内强爆炸冲击波的高效数值模拟，基于扩散界面多组分模型，建立适用于极端条件、任意多介质相互作用的可压缩多相流数值方法，并结合人工智能技术，提出一种具有MUSCL-THINC-BVD特征且兼具鲁棒性、低耗散、高效率的重构方法。该方法能够在激波、接触间断和物质界面等关键区域自适应选择最优重构方式，实现全局数值耗散最小化，同时较传统BVD（boundary variation diminishing）框架下的格式具有更高的计算效率。进一步结合全球地理信息系统，发展了自动化几何建模与网格剖分技术、网格自适应及大规模并行计算方法，从而能够高效处理网格规模达数十亿、压力范围覆盖103~1015 Pa、模拟区域不小于10 km的大尺度复杂城市环境中的强爆炸冲击波问题。通过对复杂地形及真实城市建筑条件下冲击波传播过程的完整数值模拟，验证了该数值方法的可靠性。
为实现大尺度复杂空间范围内强爆炸冲击波的高效数值模拟，基于扩散界面多组分模型，建立适用于极端条件、任意多介质相互作用的可压缩多相流数值方法，并结合人工智能技术，提出一种具有MUSCL-THINC-BVD特征且兼具鲁棒性、低耗散、高效率的重构方法。该方法能够在激波、接触间断和物质界面等关键区域自适应选择最优重构方式，实现全局数值耗散最小化，同时较传统BVD（boundary variation diminishing）框架下的格式具有更高的计算效率。进一步结合全球地理信息系统，发展了自动化几何建模与网格剖分技术、网格自适应及大规模并行计算方法，从而能够高效处理网格规模达数十亿、压力范围覆盖103~1015 Pa、模拟区域不小于10 km的大尺度复杂城市环境中的强爆炸冲击波问题。通过对复杂地形及真实城市建筑条件下冲击波传播过程的完整数值模拟，验证了该数值方法的可靠性。
2026, 46(2): 022101.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0027
摘要:
约束爆炸准静态压力热力学模型可有效描述压力随当量体积比m/V的变化，并可基于物质组分和温度结果进一步导出气体绝热系数等物理量。然而，基于炸药爆轰和燃烧方程建立的不考虑化学反应平衡的热力学模型，其结果在反应产物中有碳单质析出后与美国UFC 3-340-02结构抗爆规范中的准静态压力曲线相比出现偏差，且对TNT约束爆炸准静态压力热力学模型中各物理量考虑反应平衡的必要性研究还未见报道。为探究反应平衡对热力学模型计算结果的影响，首先，基于等容过程的能量守恒方程和固体碳析出现象，修正了不考虑反应平衡的热力学模型，提高了模型结果在m/V≥0.371 kg/m3时与UFC曲线的一致性。然后，基于统一的模型求解框架，对比了考虑与不考虑反应平衡的热力学模型结果。研究表明：由于引入化学反应平衡造成的准静态压力最大相对差异小于20%，而固体碳生成时对应的m/V由0.371 kg/m3转变为3.850 kg/m3，温度达到峰值时，对应的m/V由0.371 kg/m3转变为0.680 kg/m3，且物质组分和温度结果的差异在m/V>0.1 kg/m3后随m/V的增大逐渐显著。因此，在计算m/V>0.1 kg/m3的TNT约束爆炸工况中与物质组分和温度直接相关的物理量时，有必要采用考虑反应平衡的模型。最后，基于符号回归算法，提出了考虑反应平衡的TNT约束爆炸准静态阶段物质组分、温度和压力的简化计算方法。
约束爆炸准静态压力热力学模型可有效描述压力随当量体积比m/V的变化，并可基于物质组分和温度结果进一步导出气体绝热系数等物理量。然而，基于炸药爆轰和燃烧方程建立的不考虑化学反应平衡的热力学模型，其结果在反应产物中有碳单质析出后与美国UFC 3-340-02结构抗爆规范中的准静态压力曲线相比出现偏差，且对TNT约束爆炸准静态压力热力学模型中各物理量考虑反应平衡的必要性研究还未见报道。为探究反应平衡对热力学模型计算结果的影响，首先，基于等容过程的能量守恒方程和固体碳析出现象，修正了不考虑反应平衡的热力学模型，提高了模型结果在m/V≥0.371 kg/m3时与UFC曲线的一致性。然后，基于统一的模型求解框架，对比了考虑与不考虑反应平衡的热力学模型结果。研究表明：由于引入化学反应平衡造成的准静态压力最大相对差异小于20%，而固体碳生成时对应的m/V由0.371 kg/m3转变为3.850 kg/m3，温度达到峰值时，对应的m/V由0.371 kg/m3转变为0.680 kg/m3，且物质组分和温度结果的差异在m/V>0.1 kg/m3后随m/V的增大逐渐显著。因此，在计算m/V>0.1 kg/m3的TNT约束爆炸工况中与物质组分和温度直接相关的物理量时，有必要采用考虑反应平衡的模型。最后，基于符号回归算法，提出了考虑反应平衡的TNT约束爆炸准静态阶段物质组分、温度和压力的简化计算方法。
2026, 46(2): 022102.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0404
摘要:
为了发展基于结构装药非冲击点火反应演化的物理机制的工程模型、描述反应演化过程并量化表征反应烈度，基于装药反应裂纹扩展的主控机制，考虑了空腔膨胀体积，以断裂韧性与反应压力为主要参量，构建了约束装药燃烧反应演化模型，可描述装药燃烧过程中燃烧气体产物增压和壳体结构约束强度的变化过程。利用质量惯性约束作用下的PBX-3炸药燃烧反应演化实验，验证了约束装药反应燃烧演化模型的可靠性。分析结果表明：模型计算获得的反应增压历程与实验中的反应压力增长趋势（通过质量块运动速度历程推算）大致吻合，考虑结构泄压效应的模型能够反映压力增长历程中燃烧产气增压与泄气释压竞争的物理机制，压力增长趋势随泄压面积系数的变化关系符合机理分析预期。
为了发展基于结构装药非冲击点火反应演化的物理机制的工程模型、描述反应演化过程并量化表征反应烈度，基于装药反应裂纹扩展的主控机制，考虑了空腔膨胀体积，以断裂韧性与反应压力为主要参量，构建了约束装药燃烧反应演化模型，可描述装药燃烧过程中燃烧气体产物增压和壳体结构约束强度的变化过程。利用质量惯性约束作用下的PBX-3炸药燃烧反应演化实验，验证了约束装药反应燃烧演化模型的可靠性。分析结果表明：模型计算获得的反应增压历程与实验中的反应压力增长趋势（通过质量块运动速度历程推算）大致吻合，考虑结构泄压效应的模型能够反映压力增长历程中燃烧产气增压与泄气释压竞争的物理机制，压力增长趋势随泄压面积系数的变化关系符合机理分析预期。
2026, 46(2): 022103.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0145
摘要:
为有效控制受限空间氢-空气爆炸强度，并揭示含甲基膦酸二甲酯（dimethyl methylphosphonate, O=P(CH3)(OCH3)2）的微米级水雾的抑爆机理，通过定容燃烧弹试验平台及Chemkin-Pro程序，开展了试验研究和化学动力学分析。结果表明：含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾可导致火焰锋面细胞状结构增多，促使火焰失稳传播；当氢-空气混合的当量比Φ=0.8, 1.0和1.5时，含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾有效衰减了平均火焰传播速度（衰减率为24.2%~47.2%）并阻止了郁金香火焰形成，取而代之的是波纹状火焰。含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾通过降低层流燃烧速度降低升压速率，另一方面增强火焰的失稳特性提高升压速率，最终抑制效果（衰减率为41.0%~65.8%）取决于上述2种作用的耦合效应。含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾通过降低H∙、O∙和OH∙的浓度实现爆炸的有效抑制，其中H∙、O∙和OH∙的浓度衰减80%以上。细水雾基于火焰前沿冷却效应和物理稀释效应实现爆炸抑制，O=P(CH3)(OCH3)2基于分解后产生的HOPO∙、HOPO2∙、HPO2∙、PO(OH)2∙和PO(H)(OH)∙，捕捉H∙和OH∙，生成H2和H2O等稳定化合物，从而中断氢-空气爆炸过程中的链式反应。
为有效控制受限空间氢-空气爆炸强度，并揭示含甲基膦酸二甲酯（dimethyl methylphosphonate, O=P(CH3)(OCH3)2）的微米级水雾的抑爆机理，通过定容燃烧弹试验平台及Chemkin-Pro程序，开展了试验研究和化学动力学分析。结果表明：含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾可导致火焰锋面细胞状结构增多，促使火焰失稳传播；当氢-空气混合的当量比Φ=0.8, 1.0和1.5时，含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾有效衰减了平均火焰传播速度（衰减率为24.2%~47.2%）并阻止了郁金香火焰形成，取而代之的是波纹状火焰。含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾通过降低层流燃烧速度降低升压速率，另一方面增强火焰的失稳特性提高升压速率，最终抑制效果（衰减率为41.0%~65.8%）取决于上述2种作用的耦合效应。含O=P(CH3)(OCH3)2的细水雾通过降低H∙、O∙和OH∙的浓度实现爆炸的有效抑制，其中H∙、O∙和OH∙的浓度衰减80%以上。细水雾基于火焰前沿冷却效应和物理稀释效应实现爆炸抑制，O=P(CH3)(OCH3)2基于分解后产生的HOPO∙、HOPO2∙、HPO2∙、PO(OH)2∙和PO(H)(OH)∙，捕捉H∙和OH∙，生成H2和H2O等稳定化合物，从而中断氢-空气爆炸过程中的链式反应。
2026, 46(2): 022104.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0123
摘要:
为了深入研究氨气-氢气-空气预混气体火焰在管道内外的燃烧特性，在长2000 mm的不锈钢管道中开设尺寸为400 mm×70 mm的观察窗，借助高速摄影和压力传感器，测试分析了化学计量比Ф=1的条件下掺氨量（φ）在30%~85%范围内对火焰形态和管道内外压力演化的影响。结果表明：掺氨量会显著影响管道内火焰的传播过程以及压力时程曲线。管道内火焰的传播速度随掺氨量的增加而降低，到达由二次爆炸引起的回流现象的时间也随之延长；管内距离泄爆口400 mm处设置压力测点PS1采集数据，各工况下管道内的压力曲线均呈现p1、p2和p3的三峰结构，3个压力峰分别由泄爆口薄膜破裂、管内气体泄放以及管外二次爆炸产生的气体回流引起，p1的大小取决于泄爆膜的抗拉强度，其幅值几乎与掺氨量无关，p2和p3均随着掺氨量的增加而升高，其中p3的升高速率最大；管外距离泄爆口500 mm处设置压力测点PS2采集数据，管外二次爆炸压力峰值（pout）随着掺氨量的增加而降低，到达pout的时间则随之延长。
为了深入研究氨气-氢气-空气预混气体火焰在管道内外的燃烧特性，在长
2026, 46(2): 022201.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0488
摘要:
针对固支圆板在多次远场空爆载荷下的位移响应问题，基于膜理论能量方程，提出一种理论建模方法：通过将多次空爆载荷简化为线性衰减脉冲序列，首次建立了考虑应变率强化效应与累积硬化效应的固支圆板位移响应理论模型。首次加载阶段采用线性位移场近似，后续加载阶段引入二次函数位移场假设，推导出多次爆炸下中点位移的递推公式。LS-Dyna二次、三次空爆数值模拟验证表明，理论解与模拟结果的误差分别为20%~30%和20%以下。理论模型表明，圆板中点位移可表征为末次爆炸单独位移与前期累积位移的加权平方根函数，且后期爆炸的位移增量随前期累积位移增大而减小。
针对固支圆板在多次远场空爆载荷下的位移响应问题，基于膜理论能量方程，提出一种理论建模方法：通过将多次空爆载荷简化为线性衰减脉冲序列，首次建立了考虑应变率强化效应与累积硬化效应的固支圆板位移响应理论模型。首次加载阶段采用线性位移场近似，后续加载阶段引入二次函数位移场假设，推导出多次爆炸下中点位移的递推公式。LS-Dyna二次、三次空爆数值模拟验证表明，理论解与模拟结果的误差分别为20%~30%和20%以下。理论模型表明，圆板中点位移可表征为末次爆炸单独位移与前期累积位移的加权平方根函数，且后期爆炸的位移增量随前期累积位移增大而减小。
2026, 46(2): 022202.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0471
摘要:
为准确预测建筑外爆威力场，并解决传统经验公式中未能充分考虑环境因素的复杂性而导致的精度受限、数值仿真在处理大规模城市场景时效率低下的难题，构建了一种基于图神经网络（graph neural network, GNN）的爆炸威力场预测模型，直接利用建筑的几何特征，对其表面的爆炸峰值超压、峰值冲量及冲击波到达时间等三维物理场的进行预测。与数值仿真结果的对比验证表明，本文模型展现出了卓越的预测性能：对不同几何结构的单体建筑表面超压参数的预测均方误差为0.97%；对复杂几何建筑、建筑群落建筑表面超压参数的平均预测误差为3.17%；当应用于实际城市区域时，平均预测误差为1.29%；物理场单次预测耗时不超过0.6 s，与数值仿真相比速度提升3~4个数量级。基于模型的高精度预测，不仅可以重构建筑表面任意位置的超压时程曲线，还能准确评估结构的毁伤程度。
为准确预测建筑外爆威力场，并解决传统经验公式中未能充分考虑环境因素的复杂性而导致的精度受限、数值仿真在处理大规模城市场景时效率低下的难题，构建了一种基于图神经网络（graph neural network, GNN）的爆炸威力场预测模型，直接利用建筑的几何特征，对其表面的爆炸峰值超压、峰值冲量及冲击波到达时间等三维物理场的进行预测。与数值仿真结果的对比验证表明，本文模型展现出了卓越的预测性能：对不同几何结构的单体建筑表面超压参数的预测均方误差为0.97%；对复杂几何建筑、建筑群落建筑表面超压参数的平均预测误差为3.17%；当应用于实际城市区域时，平均预测误差为1.29%；物理场单次预测耗时不超过0.6 s，与数值仿真相比速度提升3~4个数量级。基于模型的高精度预测，不仅可以重构建筑表面任意位置的超压时程曲线，还能准确评估结构的毁伤程度。
2026, 46(2): 023101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0324
摘要:
基于霍普金森压杆技术，采用新设计的微型纯Ⅰ型断裂试样和配套夹具，提出了一种针对陶瓷材料的新型动态断裂测试方法，试样的起裂时间由应变片法测得；对氧化铝陶瓷开展了不同加载速率下的动态断裂实验，采用实验-数值方法得到了材料的Ⅰ型动态应力强度因子曲线及动态断裂韧性。结果显示：随着加载速率从0.45 TPa·m1/2·s−1提高到1.83 TPa·m1/2·s−1，氧化铝陶瓷的Ⅰ型动态断裂韧性值由8.39 MPa·m1/2增加至15.76 MPa·m1/2，而起裂时间则随着加载速率的增加而不断提前。由断口分析可知，随着加载速率的增加，氧化铝陶瓷由沿晶断裂占主导的失效模式逐步转变为以穿晶-沿晶相混合的断裂模式。这期间，更多的微缺陷被激活并扩展形成微裂纹，从而导致混合型断裂模式的发生。材料失效模式的转变将引起更多的能量耗散，这是断裂韧性升高的根本原因。
基于霍普金森压杆技术，采用新设计的微型纯Ⅰ型断裂试样和配套夹具，提出了一种针对陶瓷材料的新型动态断裂测试方法，试样的起裂时间由应变片法测得；对氧化铝陶瓷开展了不同加载速率下的动态断裂实验，采用实验-数值方法得到了材料的Ⅰ型动态应力强度因子曲线及动态断裂韧性。结果显示：随着加载速率从0.45 TPa·m1/2·s−1提高到1.83 TPa·m1/2·s−1，氧化铝陶瓷的Ⅰ型动态断裂韧性值由8.39 MPa·m1/2增加至15.76 MPa·m1/2，而起裂时间则随着加载速率的增加而不断提前。由断口分析可知，随着加载速率的增加，氧化铝陶瓷由沿晶断裂占主导的失效模式逐步转变为以穿晶-沿晶相混合的断裂模式。这期间，更多的微缺陷被激活并扩展形成微裂纹，从而导致混合型断裂模式的发生。材料失效模式的转变将引起更多的能量耗散，这是断裂韧性升高的根本原因。
2026, 46(2): 023102.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0171
摘要:
为研究超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）在高温-爆炸冲击耦合作用下的动态力学特性，采用高温分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统，开展了25~600 ℃温度及90~200 s−1应变率范围内C140 UHPC单轴压缩实验，系统分析了高温与冲击耦合作用下材料的强度、应变、韧性、应力-应变关系及破坏形态，揭示了温度与应变率效应对其动态力学性能的影响规律，并基于温度效应修正了Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本构模型屈服面。结果表明：UHPC在高温动态压缩下表现出显著的应变率强化效应，但高温同时劣化其力学性能；材料应变能力与韧性演化规律源于温度效应与应变率效应的协同作用；在相同温度下，提高应变率可加剧UHPC的破坏程度。当温度超过400 ℃时，UHPC基体劣化及钢纤维氧化致使材料整体呈现脆性破坏特征，然而其局部芯部仍保持完整并具有显著残余承载能力；修正后的HJC屈服面适用于该类材料在高温与冲击耦合作用下的动态力学性能研究。
为研究超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）在高温-爆炸冲击耦合作用下的动态力学特性，采用高温分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统，开展了25~600 ℃温度及90~200 s−1应变率范围内C140 UHPC单轴压缩实验，系统分析了高温与冲击耦合作用下材料的强度、应变、韧性、应力-应变关系及破坏形态，揭示了温度与应变率效应对其动态力学性能的影响规律，并基于温度效应修正了Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本构模型屈服面。结果表明：UHPC在高温动态压缩下表现出显著的应变率强化效应，但高温同时劣化其力学性能；材料应变能力与韧性演化规律源于温度效应与应变率效应的协同作用；在相同温度下，提高应变率可加剧UHPC的破坏程度。当温度超过400 ℃时，UHPC基体劣化及钢纤维氧化致使材料整体呈现脆性破坏特征，然而其局部芯部仍保持完整并具有显著残余承载能力；修正后的HJC屈服面适用于该类材料在高温与冲击耦合作用下的动态力学性能研究。
2026, 46(2): 023103.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0520
摘要:
为了研究翼身融合（blended wing body, BWB）新构型民机的结构坠撞响应，以美国国家航空航天局提出的拉挤杆缝合一体化（pultruded rod stitched efficient unitized structure, PRSEUS）结构为基础，用临界机动载荷（2.5g过载和−1.0g过载）和客舱增压载荷（2倍客舱增压载荷）共3种典型载荷工况作为评估BWB结构强度、刚度的输入条件，建立了一款450座级的BWB民机结构模型。对垂向7.92~9.14 m/s的坠撞工况进行了数值模拟，重点分析了客舱空间保持情况、客舱地板的加速度响应以及主要承力结构的冲击特性。结果表明：在不同冲击速度下BWB机身客舱区域均基本保持完整，主要破坏发生在客舱地板以下区域，可生存空间得到保持；翼身融合构型民机在坠撞时产生的加速度响应分布呈现由中央过道向机体侧降低的趋势，且中央过道处的加速度峰值较高；结构吸能方面，隔框是最主要的吸能结构，其次是机身肋板，而货舱立柱未很好的压溃吸能。
为了研究翼身融合（blended wing body, BWB）新构型民机的结构坠撞响应，以美国国家航空航天局提出的拉挤杆缝合一体化（pultruded rod stitched efficient unitized structure, PRSEUS）结构为基础，用临界机动载荷（2.5g过载和−1.0g过载）和客舱增压载荷（2倍客舱增压载荷）共3种典型载荷工况作为评估BWB结构强度、刚度的输入条件，建立了一款450座级的BWB民机结构模型。对垂向7.92~9.14 m/s的坠撞工况进行了数值模拟，重点分析了客舱空间保持情况、客舱地板的加速度响应以及主要承力结构的冲击特性。结果表明：在不同冲击速度下BWB机身客舱区域均基本保持完整，主要破坏发生在客舱地板以下区域，可生存空间得到保持；翼身融合构型民机在坠撞时产生的加速度响应分布呈现由中央过道向机体侧降低的趋势，且中央过道处的加速度峰值较高；结构吸能方面，隔框是最主要的吸能结构，其次是机身肋板，而货舱立柱未很好的压溃吸能。
2026, 46(2): 023104.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0470
摘要:
在物理学中，“源”指的是物质或能量的出发点，而“汇”则是指物质或能量的到达点。类比地下爆炸能量源问题，提出了理想流体空穴湮灭的能量汇问题，详细分析了理想流体空穴湮灭问题中能量的平衡关系与调整机制，建立了流体压力做功与能量汇聚、传递和转化的关系，引入了描述能量汇“向心汇聚”问题的特征能量因子。分析了特征能量因子的物理机理与数学依据，阐述了特征能量因子的特点、优势以及适用范围。能量汇特征能量因子包含了汇聚能量、空穴的几何尺寸以及流体的物理性质等信息，能很好地表征能量汇问题的“汇聚”特性，可为后续固体“能量汇”问题的研究奠定理论基础。
在物理学中，“源”指的是物质或能量的出发点，而“汇”则是指物质或能量的到达点。类比地下爆炸能量源问题，提出了理想流体空穴湮灭的能量汇问题，详细分析了理想流体空穴湮灭问题中能量的平衡关系与调整机制，建立了流体压力做功与能量汇聚、传递和转化的关系，引入了描述能量汇“向心汇聚”问题的特征能量因子。分析了特征能量因子的物理机理与数学依据，阐述了特征能量因子的特点、优势以及适用范围。能量汇特征能量因子包含了汇聚能量、空穴的几何尺寸以及流体的物理性质等信息，能很好地表征能量汇问题的“汇聚”特性，可为后续固体“能量汇”问题的研究奠定理论基础。
2026, 46(2): 023105.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0175
摘要:
为研究爆炸冲击荷载作用下剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，基于水泥砂浆静水压缩和平板撞击2类状态方程行为实验，利用Kong-Fang混凝土类材料流体弹塑性模型和LS-DYNA中光滑粒子伽辽金（smoothed particle Galerkin, SPG）算法，建立能科学表征混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复杂动态力学行为的高精度数值模型。在此基础上，定量分析剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程行为的影响，并指出剔除平板撞击实验中剪切增强和应变率耦合效应所面临的困难。结果表明：利用Kong-Fang模型和SPG算法可精确模拟混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复杂动态力学行为；为实现爆炸冲击荷载作用下混凝土类材料在高-中-低压下动态力学行为的精细化模拟，要依据可靠的状态方程行为实验数据建立混凝土类材料宽广压力范围状态方程；在利用平板撞击实验数据标定状态方程参数时，须剔除剪切增强和应变率耦合效应的影响；建立混凝土类材料宽广压力范围状态方程存在悖论，利用数值迭代策略可能是解决困难的有效手段。研究结论可为后续利用数值迭代策略剔除剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，并进一步建立爆炸冲击荷载作用下混凝土类材料高精度宽广压力范围状态方程提供依据。
为研究爆炸冲击荷载作用下剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，基于水泥砂浆静水压缩和平板撞击2类状态方程行为实验，利用Kong-Fang混凝土类材料流体弹塑性模型和LS-DYNA中光滑粒子伽辽金（smoothed particle Galerkin, SPG）算法，建立能科学表征混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复杂动态力学行为的高精度数值模型。在此基础上，定量分析剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程行为的影响，并指出剔除平板撞击实验中剪切增强和应变率耦合效应所面临的困难。结果表明：利用Kong-Fang模型和SPG算法可精确模拟混凝土类材料包括剪切增强效应和应变率效应在内的复杂动态力学行为；为实现爆炸冲击荷载作用下混凝土类材料在高-中-低压下动态力学行为的精细化模拟，要依据可靠的状态方程行为实验数据建立混凝土类材料宽广压力范围状态方程；在利用平板撞击实验数据标定状态方程参数时，须剔除剪切增强和应变率耦合效应的影响；建立混凝土类材料宽广压力范围状态方程存在悖论，利用数值迭代策略可能是解决困难的有效手段。研究结论可为后续利用数值迭代策略剔除剪切增强效应和应变率效应对混凝土类材料状态方程的影响，并进一步建立爆炸冲击荷载作用下混凝土类材料高精度宽广压力范围状态方程提供依据。
2026, 46(2): 023201.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0497
摘要:
层状复合岩体广泛存在于矿山开采、隧道开挖以及边坡治理等工程领域，其内部强度往往呈梯度变化。通过环氧树脂材料模拟层状复合岩体，利用动态光弹性-数字图像相关综合实验系统对爆炸应力波在梯度介质中的传播过程进行可视化和精细化分析，研究爆炸应力波在正向梯度和反向梯度2种情况下的衰减规律和能流密度演化规律，通过对比动态光弹条纹直观分析在不同传播路径下的透反射特征，通过数字图像相关法定量分析爆炸应力波衰减速度的差异。结果表明：爆炸应力波在正向传播路径中的条纹级数没有明显变化，在节理面处有明显的反射，在反向传播路径中的条纹级数呈衰减趋势，在节理面处动光弹条纹具有很好的连续性，爆炸应力波在反向梯度介质中具有更好的穿透性。梯度介质中节理和材料的改变使水平应力衰减的速度发生改变，在正向梯度介质中水平应力的衰减速度更快。通过引入坡印廷矢量对其能流密度进行比较，发现在相同测点处，正向梯度材料中能流密度的衰减速度更快，爆炸应力波在正向梯度材料中的传播过程属于吸能过程。
层状复合岩体广泛存在于矿山开采、隧道开挖以及边坡治理等工程领域，其内部强度往往呈梯度变化。通过环氧树脂材料模拟层状复合岩体，利用动态光弹性-数字图像相关综合实验系统对爆炸应力波在梯度介质中的传播过程进行可视化和精细化分析，研究爆炸应力波在正向梯度和反向梯度2种情况下的衰减规律和能流密度演化规律，通过对比动态光弹条纹直观分析在不同传播路径下的透反射特征，通过数字图像相关法定量分析爆炸应力波衰减速度的差异。结果表明：爆炸应力波在正向传播路径中的条纹级数没有明显变化，在节理面处有明显的反射，在反向传播路径中的条纹级数呈衰减趋势，在节理面处动光弹条纹具有很好的连续性，爆炸应力波在反向梯度介质中具有更好的穿透性。梯度介质中节理和材料的改变使水平应力衰减的速度发生改变，在正向梯度介质中水平应力的衰减速度更快。通过引入坡印廷矢量对其能流密度进行比较，发现在相同测点处，正向梯度材料中能流密度的衰减速度更快，爆炸应力波在正向梯度材料中的传播过程属于吸能过程。
