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爆炸与冲击

爆炸与冲击

2025年10期

《爆炸与冲击》创办于1981年7月，由中国力学学会主办，是我国爆炸力学与冲击动力学领域的专业性学术期刊。目前为月刊，现任主编为刘仓理院士。

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封面文章 | 节理倾角与孔间参数对层状岩体爆破裂纹扩展的影响

封面文章 | 节理倾角与孔间参数对层状岩体爆破裂纹扩展的影响

摘要：针对层状岩体隧道采用钻爆法施工过程中爆炸能量分布不平衡易引起严重的超欠挖问题，以节理倾角和孔间延时及孔间距为主要影响参数，采用分层浇筑的方法制备了不同节理角度的模拟岩体试样，开展了层状岩体爆破试验，基于ABAQUS 模拟软件，分析了层状岩体在不同节理倾角下爆破裂纹扩展及应力波传播特性。结果表明：节理倾角对应力波传播具有显著的导向作用，通过影响应力分布导致不同位置的峰值应变及损伤程度存在差异，进而促使裂纹在节理面处或炮孔周围扩展。孔间延时对裂纹扩展路径具有关键调控作用，随着延时增长，先爆孔与后爆孔的应力波叠加区域由节理中心逐渐向后爆孔周围转移，导致节理中心峰值应变与损伤值先增后减，岩体破坏区域相应地向后爆孔偏移；但延时过长会削弱双孔应力波的协同效应。孔间距增大将减弱节理中心的应力叠加，使能量集中于炮孔周边,裂纹扩展模式从节理贯通转向孔周放射状分布；而过大的孔间距则因能量衰减与应力叠加不足，易导致孔间裂纹贯通失效，显著降低岩体破碎效率。
特别约稿与研究综述 | 创伤性脑损伤研究的人类头部有限元模型研究进展

特别约稿与研究综述 | 创伤性脑损伤研究的人类头部有限元模型研究进展

摘要：创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是发病率、患病率最高的神经系统疾病，为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果，发展快速评估技术并采取及时干预，从而降低伤情恶化的风险。人类头部有限元模型（finite element head model,FEHM)作为一种数值分析工具，能够模拟头部在受到冲击时的动态响应，包括脑组织的应力应变时空分布、颅内压的变化等，为理解创伤性脑损伤的力学机制提供了重要依据。本文详细总结了国内外主流的人类头部有限元模型的现状与发展，追溯了模型的发展历程，总结了模型的特点并介绍了基于有限元模型的TBI机制研究进展。对相关研究的总结和梳理将有助于开发新型FEHM,并为创伤性脑损伤的风险评估及防护装备的设计提供理论指导和技术支撑。
爆炸物理 | 长径比与体积对密闭方形管道内油气爆炸超压特性的影响

爆炸物理 | 长径比与体积对密闭方形管道内油气爆炸超压特性的影响

摘要：为了有效预测和控制封闭空间内油气爆炸的后果，减少事故导致的人员伤亡和财产损失，对油气爆炸的超压特性与爆炸发生空间尺度的关系进行了研究。在控制初始油气体积分数、点火位置和点火能量不变的情况下，开展了不同长径比和体积的密闭方形管道条件下油气的爆炸超压特性实验。实验结果显示，在爆炸过程中，超压上升的速率经历急剧增长期、持续振荡期和衰减终止期3个阶段；管口面积的减小和内表面积的增加会导致最大超压、平均超压上升速率、最大超压上升速率和爆炸威力下降。进一步分析实验结果发现，管口面积变化会直接影响火焰前锋面积和反应速率，对最大超压的影响更为直接和显著，而内表面积变化对最大超压的影响相对间接，是通过调节能量传递和热损失发挥作用。此外，管道长度是影响到达最大超压时间的关键因素，延长管道不仅增加了热损失，还使反射波与入射波的叠加时间点延后，并且反射波的能量会相对较多地衰减。
爆炸物理 | 不同速率后燃烧效应对内爆特性的影响

爆炸物理 | 不同速率后燃烧效应对内爆特性的影响

摘要：为研究爆轰产物后燃烧效应对封闭空间毁伤特性的影响，提出了一种基于能量守恒原理的后燃烧能量简化计算方法，开展了内爆毁伤效应模拟。以无后燃烧效应工况为基准，分别采用恒定速率和线性增加速率加载2种能量模式，分析了速度、超压等关键载荷参数的差异。研究发现：后燃烧效应显著增强内爆毁伤特性，且能量加载速率模式对毁伤效应产生差异化影响。在恒定速率加载模式下，速度增幅达 42.67% ，加速度显著提升，增幅达 71.21% ；冲击波超压峰值增大 74.42% ，准静态压力增幅达 74.95% ，动能呈现 212% 的跨越式增长。相较于线性增加速率加载方式，恒定速率加载模式对内爆特性参数的增强效应更显著，所提出的后燃烧能量计算方法可有效模拟密闭空间内爆毁伤的动态响应特性，可为抗爆结构设计及评估提供更精确的后燃烧效应模拟方法。
爆炸物理 | 爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力行为分析

爆炸物理 | 爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力行为分析

摘要：为研究轻型木框架墙的抗爆性能，讨论了爆炸荷载作用下轻型木框架墙的数值建模方法，重点探讨了木立柱-面板钉连接动力放大系数以及木立柱破坏准则；基于部分组合理论，通过引入木立柱和轻型木框架墙的动力放大系数实测结果，给出了钉连接动力放大系数的合理取值；构建了考虑木基结构板正交各向异性、钉连接动力非线性力学行为以及木立柱动力弹塑性特征的轻型木框架墙抗爆分析有限元模型。结果表明，提出的模型能够准确预测爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力响应以及木立柱发生断裂的时间和对应的峰值位移。考虑了不同木立柱的材性差异后，模型预测的木立柱断裂后木框架墙动力响应和破坏模式与试验结果一致。本研究提出的模型可为今后轻型木框架结构的抗爆易损性评估提供模型基础。
爆炸物理 | 火灾下钢-混凝土组合墙抗爆机理分析与变形预测

爆炸物理 | 火灾下钢-混凝土组合墙抗爆机理分析与变形预测

摘要：双钢板-混凝土组合墙（steel-concrete-steel composite wall,SCS 墙）已在超高层建筑、核电站等重要工程中得到应用，火灾与爆炸通常同时发生，而高温会显著降低钢材和混凝土的力学性能，从而导致结构构件的抗爆性能严重退化。为此，采用ABAQUS有限元软件，建立了120个火灾-爆炸耦合作用下SCS墙分析模型。首先，基于已有的火灾下耐火极限试验和常温下爆炸试验对有限元模型进行了验证；其次，分析了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙的工作机理，重点研究了受火时间、爆炸当量、含钢率、材料强度、钢筋连接间距与轴压比对抗爆性能的影响；最后，基于等效单自由度模型提出了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙跨中最大挠度的预测公式。结果表明：SCS墙在火灾与爆炸耦合作用下主要表现为整体受弯破坏；随着受火时间的增长，受火面钢板耗能占比降低，背火面钢板的塑性变形逐渐成为墙体的主要耗能机制；受火时间、爆炸当量和钢材强度对火灾下SCS墙的抗爆性能影响明显，而混凝土强度影响较小；基于等效单自由度模型提出的计算公式可较好预测火灾与爆炸耦合作用下SCS墙的跨中最大挠度。
爆炸物理 | 爆炸冲击波致颅脑损伤数值模拟

爆炸物理 | 爆炸冲击波致颅脑损伤数值模拟

摘要：在军事行动、工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一，而爆炸载荷下头部的损伤机理及损伤阈值仍不明确，鉴于此，采用数值模拟研究了爆炸载荷下头部的动态响应过程，分析了TNT药量以及空气和水2种介质对颅脑的变形、压力和加速度的影响。首先，基于欧拉-拉格朗日耦合的方法建立了空气-头部流固耦合模型。在验证其有效性的基础上，从前额颅骨与脑组织的压力、加速度和频率等方面对头部动态响应过程进行了分析。研究发现，爆炸冲击波正面作用于头部时，前额颅骨的超压峰值达到 613kPa ，脑组织的超压峰值达到 508kPa ，并且颅骨会发生高频振动，振动频率可达 7kHz 。前额颅骨和脑组织受到的冲击加速度呈现先升高后降低的变化趋势，同时颅内压呈周期性变化。在水下环境中，额叶、顶叶和颞叶脑组织压力出现高频的周期性超压波动，前额颅骨产生的超压峰值达到 3.64MPa ，远高于重度脑损伤的阈值 235kPa 。在水中，脑组织受到的压力峰值是空气中的5倍，加速度比空气中约提高了5倍，频率则提高了2倍。
爆炸物理 | 强冲击环境下人员颅脑损伤的评价方法

爆炸物理 | 强冲击环境下人员颅脑损伤的评价方法

摘要：为了评估爆炸冲击作用下人员颅脑损伤情况，亟待建立一套科学、合理的综合评价方法。利用具有中国人体尺寸特征的高仿真物理假人模型及传感系统开展3种不同冲击波强度的激波管实验，系统获得了高仿真物理假人模型头部表面超压、头部质心加速度和角速度以及颈部力和扭矩随时间的变化过程。依据爆炸冲击人体颅脑短时和长时致伤效应,基于 3ms 准则、头部损伤准则（head injury criterion,HIC）、颅脑损伤标准（brain injury criteria,BrIC)和颈部损伤指标进行损伤判定并对人体损伤程度进行了综合研判。结果显示，在3种不同强冲击环境下，冲击波超压作用时间小于 5ms ，加速度和颈部力持续 5～6ms ，角速度和颈部扭矩持续 50～244ms ；高仿真物理假人模型头部质心合成加速度峰值分别为 (54.60±3.69)g 小 (102.00±1.72)g 和 (161.50±6.36)g ，计算得到的 HIC₁₅ 显示未达到头部损伤阈值;根据头部表面压力载荷和BrIC综合判定，颅脑损伤概率显著增加，应采取有效防护措施降低损伤风险。
冲击动力学 | 大口径模块装药火炮膛内三维流场特性数值模拟

冲击动力学 | 大口径模块装药火炮膛内三维流场特性数值模拟

摘要：为探索某大口径模块装药火炮内弹道过程中火药床堆积分布对膛内起始压力波三维空间特性的影响，建立了模块装药的三维气固两相燃烧动力学模型，对不同药盒端盖初始破口大小的工况开展了数值模拟，研究了膛内复杂气固两相反应流场特性，分析了不同工况下药床的空间分布对膛内起始压力波特性的影响。结果表明，药盒端盖初始破口角度由 0^° 增大至 120^° ，则药粒飞散、沉降后，近膛底侧与近弹底侧区域的药粒占比差距由 12.2% 降至 0.6% ，弹底与膛底间初始负压差的绝对值由 1.62MPa 降至 0.76MPa ；弹丸启动时间由 2.82ms 延至 2.94ms ，弹底压力达到峰值所需时间由 4.04ms 增至 4.20ms ，端盖初始破口尺寸的差异会对膛内三维流场特性产生影响。
冲击动力学 | 炮口冲击波作用下车载炮驾驶室支撑条件对其内流场超压的影响

冲击动力学 | 炮口冲击波作用下车载炮驾驶室支撑条件对其内流场超压的影响

摘要：为探究支撑条件改变对驾驶室内流场超压的具体影响，以某外贸型号装备为对象：建立了极限射击工况下、从炮口至驾驶室内部的冲击波传播数值模型；开展了涵盖驾驶室外、内流场超压与结构加速度等数据采集的系统性验证试验。基于经验证的数值模型，分别对8种不同支撑条件下的驾驶室内流场超压进行仿真计算。结果表明：虽然驾驶室内不同空间对支撑条件变化的响应敏感度不同，但随着支撑刚度由小到大变化，驾驶室结构的加速度、速度峰值均显著减小，内流场超压峰值减小；支撑阻尼的存在使得驾驶室结构的加速度响应明显增强，但有利于进一步减弱其速度响应、降低内流场的超压峰值。
应用爆炸力学 | 装配式混凝土遮弹层抗弹体侵彻的数值模拟和工程设计方法

应用爆炸力学 | 装配式混凝土遮弹层抗弹体侵彻的数值模拟和工程设计方法

摘要：为更好地将湿接缝 + 短钢筋装配式混凝土遮弹层应用于防护工程中，首先，基于已有弹体侵彻整体式和装配式靶体的试验，利用Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金算法建立了相应的数值模型，并得到了验证；然后，基于验证的数值模型，系统探讨了装配块尺寸、湿接缝宽度、短钢筋锚固长度、短钢筋间距和短钢筋直径对装配式靶体抗侵彻性能的影响，给出了装配式混凝土遮弹层的工程设计方法；最后，采用该方法设计了抗2种典型战斗部侵彻的装配式高性能混凝土遮弹层。数值模拟结果表明：装配块尺寸对装配式靶体的抗侵彻性能影响较小，而增大湿接缝宽度能够有效提升装配式靶体的抗侵彻性能，即湿接缝宽度越大，装配率越低，靶体整体性就越好。短钢筋是加强装配块与湿接缝连接的有效措施，与增大短钢筋直径相比，增大短钢筋锚固长度和减小短钢筋间距能更显著地提升装配式靶体的抗侵彻性能。

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目录

封面文章 | 节理倾角与孔间参数对层状岩体爆破裂纹扩展的影响

封面文章 | 节理倾角与孔间参数对层状岩体爆破裂纹扩展的影响

特别约稿与研究综述 | 创伤性脑损伤研究的人类头部有限元模型研究进展

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爆炸物理 | 长径比与体积对密闭方形管道内油气爆炸超压特性的影响

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爆炸物理 | 不同速率后燃烧效应对内爆特性的影响

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爆炸物理 | 爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力行为分析

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爆炸物理 | 火灾下钢-混凝土组合墙抗爆机理分析与变形预测

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爆炸物理 | 爆炸冲击波致颅脑损伤数值模拟

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爆炸物理 | 强冲击环境下人员颅脑损伤的评价方法

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冲击动力学 | 大口径模块装药火炮膛内三维流场特性数值模拟

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冲击动力学 | 炮口冲击波作用下车载炮驾驶室支撑条件对其内流场超压的影响

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应用爆炸力学 | 装配式混凝土遮弹层抗弹体侵彻的数值模拟和工程设计方法

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