爆炸载荷作用下高强度混凝土毁伤效应的数值模拟及实验研究

高强度混凝土靶板在爆炸载荷作用下的毁伤效应极其复杂, 针对爆炸载荷作用下高强度混凝土靶板的破坏问题设计了相应的实验, 并采用自主构建的有虚拟流体欧拉-拉格朗日双向流固耦合算法(GEL)对实验结果进行了验证与分析, 深入探讨了不同装药模式、装药量、混凝土靶板强度和炸高等对毁伤结果的影响规律, 总结了外爆载荷与内爆载荷作用机理的差异, 揭示了高强度混凝土在爆炸载荷作用下的毁伤机理, 具有很高的理论研究意义和实际应用价值. 结果表明, 对于外爆工况, 600 g装药3种强度下的爆坑深度比300 g装药下提升了11.85%, 8.82%和7.71%, 而爆坑直径分别提升了15.71%, 8.51%和7.51%, 说明随着混凝土强度的提升, 爆坑深度和爆坑直径随装药量增大而提升的量逐渐减小, 且对于各强度混凝土靶板, 爆坑直径随装药量增大而提升的量要大于爆坑深度提升的量. 当炸高分别为0, 5和10 cm时, 爆炸冲击波传播到混凝土靶板中心位置时的压力峰值分别为16.08, 1.33和0.
30 GPa, 表明随着炸高的增大, 混凝土靶板爆坑深度和直径都随之减小, 越靠近混凝土靶板, 爆坑深度和爆坑直径的降低量越小, 冲击波随着传播距离的增加呈指数级衰减, 这也是导致不同炸高条件下漏斗坑破坏存在差异的主要原因. 对于内爆载荷, 炸药起爆之后, 巨大的爆炸冲击波能量无法及时排解到空气中, 冲击波传播受到了严重阻碍, 导致在混凝土内壁空气的压力和密度急速升高. 以C120高强度混凝土靶板为例, 60 g炸药作用下的混凝土靶板爆炸漏斗坑模拟深度和直径分别比30 g炸药下提升了13.38%和77.73%, 说明提升装药量对靶板横向破坏影响较大. 以30 g炸药内爆工况为例, C120高强度混凝土比C40普通混凝土的爆坑深度减少13.14%, C160高强度混凝土比C120高强度混凝土的爆坑深度减少2.20%, 而爆坑直径的减少程度分别为54.43%和21.77%, 说明高强度混凝土比普通混凝土具有更强的抗爆能力. 与外爆条件的破坏模式略有不同, 内爆作用下混凝土靶板的横向破坏模式比较明显.