0 引言

炸藥在空氣中爆炸時能使周圍目標(如建築物、軍事裝備和人員等)產生不同程度的破壞和損傷。常規武器的損傷機理包括穿透物、破片、燃燒粒子、爆炸衝擊波、爆轟波等，對於高速爆炸產物的研究及對目標的毀傷分析。實驗方法不能詳盡描述，為此在爆炸分析中采用有限元仿真分析方法。

1 爆炸衝擊波在軍民領域的應用

1.1 爆炸衝擊波在軍事領域的應用及發展

大型武器裝備構造中采用板、梁、殼等基本結構較多，其塑性大變形時撓度的半經驗公式為: 

其中：a, b ,h 分別是靶板的長、寬、厚;P是均勻分布的爆炸衝擊載荷;p為板材密度。 
其特點在於考慮爆炸衝擊載荷下靶板邊界向板中心的輕微移動，為此引入靶板約束條件影響的修正係數。不考慮構拌不同部分受衝擊並不均勻。依載荷持續時間的長短，可把彈性簡支梁在載荷作用下的反映分為脈衝和準靜態及動態載荷區，不同分區彈性簡支梁有不同的反應特性，載荷時間係數和爆炸載荷持續時間與特征周期的比值有不同的函數關係。但同一分區，不同類型的簡支梁有相同的函數關係。在不同分區，爆炸衝擊做的功不同，如下:
脈衝載荷區做功：

準靜態載荷區做功:

動態載荷區做功： 

為此應根據不同性質和特性選取分析方法。

1.2 爆炸衝擊波技術在建築領域的應用

在軟土地基上修建建築物，由於地質條件的原因很難同時在施工質量、工期、效益及工藝上取得很好的統一性。近年來將爆炸技術引入到軟土地基處理中，通過改善軟土地的排水條件後，將爆炸法與填土預壓法相結合，利用爆炸產生的巨大衝擊能激發很高的空隙水壓力，並在靜載作用下使孔壓消散。此項研究采集現場土質，運用ANSYS/LS-DYNA3D軟件進行數值模擬。其結論:在爆炸載荷作用下軟土地基加快土體固結速率和地基沉降速率，縮短工期;地基在爆炸載荷作用後一周，地表沉降趨於穩定，土地指標得到明顯改善。應用爆炸衝擊波加固地基，可測得空襲壓力的增長和消散過程、地表沉降和靜力觸探值的變化。 目前，標準建築物的材料主體為鋼筋混凝土，所以研究爆炸衝擊波對建築物的毀傷變成了爆炸衝擊波對建築物主體材料一混凝土的毀傷問題。依混凝土損傷理論，利用有限元數值模擬技術，可研究地下工程掘進爆炸施工產生的空氣衝擊波對新澆混凝土襯砌結構的損傷影響，定量給出襯砌結構的最大損傷程度，並依此給出各種工況下掘進爆破施土的安全用藥量，為地下工程掘進爆破施工和早期噴射混凝土襯砌結構的設計提供理論依據。
利用有限元軟件ANSYS實現襯砌結構損傷分析，雖對其他混凝土結構和構件的損傷分析具有參考價值，但計算隻考慮爆破施工對早期混凝土襯砌結構的損傷影響，不考慮爆破產生的地震效應，需進一步研究。 為快速安全的拆除舊建築物，了解建築物的結構特性，采取安全經濟的爆破方法極其重要。爆破拆除框架結構建築物的力學模型及工程應用，按鋼筋和混凝土材料的本構關係及共同工作機理，並考慮框架結構受力變形特點，提出基於多剛體一彈簧理論的散單元體和以極限變形為基礎的各方向耦合的彈簧破壞準則，反映鋼筋與混凝土間的粘結滑移問題，並兼顧結構耗能作用和數值計算結果的收斂性要求，可用ANSYS/LS-DYNA實現計算機仿真。

2 爆炸衝擊波技術的研究發展現狀

2.1 研究方法的探索發展

通過ANSYS/LS-DYNA軟件進行爆炸衝擊建模，利用有限元分析方法進行分析是爆炸衝擊研究的有效方法。許多常規武器設計、工程爆破、爆炸加工、工程防護、高壓合成新材料和爆炸災害的防護等工程分析問題所涉及的問題通常用流體力學和彈塑性動力學模型來描述，根據情況采用一維或多維空間，綜合化學反應方程、反應率方程、熱傳導方程和材料本構關係等，成為含有線性和非線性偏微分方程、常微分方程、積分方程、泛函方程及代數方程的封閉方程組，隻有在極其簡化情況下才可得到解析解，一般隻限於包含兩個自變量的平麵問題。這種方法在有限情況下是可行的，但是過多的簡化可能導致過大誤差，甚至產生錯誤結果。故把注意力轉向數值解，因為數值解對控製方程的限製寬得多，可得到更接近實際情況的解。 數值模擬法含有限單元法、有限差分法、有限體積法等。有限差分法在流體力學和爆炸力學中得到廣泛應用;有限差分法和動力有限元法是目前衝擊載荷作用下的動力結構響應數值計算中應用最多的方法。當結構為不連續介質時(如混凝土、裂隙岩體等)，又發展了離散元方法、有限塊體方法、數值流形法等來解決此類問題。 。

2.2 國外研究發展現狀

20世紀七八十年代，以桑地亞、勞倫斯利弗莫爾等國家研究機構，對爆炸衝擊效應數值模擬進行大量研究，編製計算機程序，如CTH和HULL等。從離散方法上分:有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)、有限體積法(FVM)。采用的坐標係分為:拉格朗日型和歐拉型，任意拉格朗日一歐拉法(ALE)和禍合拉格朗日一歐拉法(CEL)。近年，無網格法，特別是光滑質點動力學法(SPH)在衝擊爆炸效應計算中得到廣泛應用，因SPH法不用網格，無網格畸變，能在拉格朗日格式下處理大變形問題。該法允許存在材料界麵，可精確地實現複雜的本構行為，也適合在爆炸衝擊下的破壞計算。

2.3 國內研究發展現狀

國內對爆炸衝擊波的研究起步較晚，可借鑒的資料有限。軍械工程學院研究爆炸衝擊波的作用原理，及對裝備的損傷聞值;北理工對圓拋物麵薄殼型雷達天線在爆炸衝擊波載荷作用下的變形特點和特征參量進行分析並給出工程計算式。在工程應用中，洛陽水利工程技術研究所做了衝擊波對工程結構及裝備的動載實驗.有些理論已得到驗證與運用，如長江三峽大壩動力響應試驗、地下隧道試驗、地形對衝擊波影響試驗及人防工事試驗等。

3 難點與展望

3.1 難點

① 對不同目標進行分析時，沒有好的方法解決邊界問題，致使計算和試驗結果存在較大誤差;
② 分析計算時，目標材料和形狀設為密度均勻、形狀規則，尤其在分析建築物時，很難取舍。

3.2 展望

利用爆炸衝擊波技術對敵武器裝備實現打擊毀壞，改進我軍武器裝備的防護功能，對建築物實現精確的爆破拆除是開發爆炸衝擊技術的方向。