PDF《混凝土板在接触爆炸作用下的震塌》

第3 6卷第4期爆炸与冲击Vol.

36,N o .

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0 1 6年7月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S J u l . ,2

0 1

6 D O I :

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1 1 混凝土板在接触爆炸作用下的震塌 和贯穿临界厚度计算方法 * 岳松林, 王明洋, 张宁, 邱艳宇, 王德荣 ( 解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室, 江苏 南京

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0 0

0 7 ) 摘要:采用刚塑性模型描述介质的动力学行为, 结合不可压缩条件和质量守恒条件及边界条件, 构造塑 性区的动力学许可速度场;

利用极限平衡原理推导动力学许可速度场所对应的介质抗力的量纲一表达式;

根 据初始条件和边界条件, 求解运动方程, 分别得到爆炸震塌的临界厚度和爆炸贯穿的临界厚度, 并推得能够反 映爆炸源参数和材料参数综合性质的量纲一冲击因子.将推得的计算公式与经验公式对比分析, 证明本文计 算结果合理, 推导的计算公式揭示了经验公式的物理本质, 且具有较为广泛的适用范围. 关键词:爆炸力学;

临界厚度;

刚塑性模型;

极限平衡原理;

接触爆炸;

震塌;

贯穿;

量纲一冲击因子 中图分类号:O

3 8

1 国标学科代码:

1 3

0 3

5 文献标志码:A 混凝土板在爆炸或冲击作用下, 将产生震塌、 贯穿以及冲切等形态的局部破坏, 关于这些局部破坏 效应的问题称为震塌问题[

1 - 2] .震塌破坏是指结构体受到爆炸或冲击荷载作用时, 在结构背面形成反射 拉伸波, 并造成结构背面介质的破碎和层裂.贯穿破坏是结构厚度相对较薄情形下, 爆炸或冲击荷载产 生的压缩弹坑与背爆面震塌坑贯通, 形成贯穿的孔洞.冲切破坏是结构厚度很小的情况下, 爆炸或冲击 荷载将作用范围内靶板材料整体冲塞下来, 在靶板中不能区分压缩弹坑和震塌坑.爆炸震塌和爆炸贯 穿是指爆炸荷载导致的震塌破坏和贯穿破坏, 区别于冲击或侵彻震塌和贯穿[

3 ] .由于混凝土是一种结 构性材料, 其强度和变形特性受配合比、 骨料尺寸等材料结构特性的影响, 因此混凝土材料的震塌破坏 既与金属材料的震塌破坏有相同的机理, 又有自身的特点.尤其是结构性材料的随机分布、 钢筋与混凝 土的相互作用等复杂问题尚待解决.因此混凝土材料的结构震塌问题的理论研究进展缓慢[ 1] . 震塌破坏现象最早是由霍普金森于1

9 1 4年进行爆炸效应研究时观察到的;

随后, 莱茵哈特在金属 板接触爆炸的实验中, 曾多次观察到层裂现象, 他将爆炸荷载简化为三角形荷载, 并用第一强度理论计 算出了层裂厚度和剥离速度;

2 0世纪6 0年代后期, 美国弹道研究实验室( B a l l i s t i cR e s e a r c hL a b o r a t o - r y ) 提出了 B R L公式, 可以直接计算贯穿厚度, 通过实验研究得到震塌厚度与贯穿厚度间的关系[

3 ] ;

2 0 世纪7 0年代, 格伦、 B. C.尼基福罗夫斯基和 Е. И.舍马金亦分别采用第一强度理论和三角形荷载的 假设, 得到爆炸震塌的相关研究成果[ 3] .1

9 8 2年, A. H a l d a r等[

4 ] 根据量纲分析, 用外部荷载总能量与 介质抗压强度间的关系, 引入量纲一参数: I=( NmV2 ) / ( D3 f c) ;

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8 4年, G. H u g h e s [

5 ] 利用外部荷载总 能量与混凝土的抗拉强度之间的关系, 定义冲击系数如下: I=( NmV2 ) / ( D3 f t) .然而这些研究成果多 数是关于弹体冲击或侵彻引起的震塌和贯穿效应, 关于爆炸震塌方面的资料很少, 仅有美国空军《 防护 结构设计手册》 给出了爆炸震塌厚度经验公式, 被称为 P C DM 公式[ 1] , 但PCDM 公式不适用于接触爆 炸对防护结构的破坏作用.