基于LS-DYNA的超高性能混凝土板抗接触爆炸响应研究
摘要
近年来，新型钻地武器毁伤性能的迅速提升，对现有建筑结构构成极大的威胁。在
爆炸、冲击等强荷载作用下，入射至结构的冲击压缩波在结构自由面反射为拉伸波，导
致普通钢筋混凝土结构出现严重的震塌损伤，无法满足新型钻地武器快速发展带来的防
护需求。超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC）相较于普通混凝土，
具备超高的强度、优良的韧性以及卓越的耐久性，近年来被广泛应用于防护工程中。然
而，不同强度UHPC在近场爆炸荷载作用下的动态响应尚未明晰。为了系统地探究UHPC
板在接触爆炸荷载作用下的损伤规律，设计出具有更高抗爆能力的防护结构，本文使用
LS-DYNA软件对超高性能混凝土板以及钢-UHPC组合结构在接触爆炸荷载作用下的动
态响应进行数值模拟。本文的主要工作内容以及成果如下:
基于既往UHPC三轴试验结果确定了混凝土KargozianandCase（KC）模型强度
面参数，使用LS-DYNA软件建立炸药在无限空气域的爆炸模型，进行不同比例距离超
压峰值与经验公式对比验证；建立UHPC板承受接触爆炸荷载的数值模型并与既往试验
进行对比分析，验证数值模型以及仿真方法的准确性。
采用数值模拟方法系统研究了UHPC板在接触爆炸载荷作用下的动力响应，探讨了
TNT装药质量、靶板厚度、配筋率、混凝土强度等变量对UHPC板抗接触爆炸响应的影
响。结果表明：增加板厚可有效减小背爆面震塌坑深度，对迎爆面漏斗坑尺寸无明显影
响；在低配筋率的情况下，钢筋的加入可以有效抑制UHPC板的位移响应，但对混凝土
爆坑的影响只体现在混凝土板震塌坑直径上。
基于应力波理论设计钢-UHPC板组合结构，研究钢板厚度、TNT装药质量等因素
对UHPC板爆坑尺寸、动能以及整体位移响应的影响规律并探究组合结构中各层的动
能、位移、应力的演变过程。结果表明：组合结构中背爆面钢板可以减小结构的震塌破
坏，迎爆面钢板对漏斗坑尺寸无明显影响。
基于LS-DYNA完全重启动技术对UHPC板多次抗接触爆炸性能进行研究，系统地
探究了TNT装药质量、板厚度以及爆炸次数等因素对UHPC板抗爆性能的影响规律。
结果表明：在总药量相同情况下，迎爆面漏斗坑尺寸较为接近，多次爆炸背爆面震塌坑
远远大于单次爆炸。
关键词：超高性能混凝土板；接触爆炸；流固耦合；KC模型
基于LS-DYNA的超高性能混凝土板抗接触爆炸响应研究
ABSTRACT
Inrecentyears,therehasbeenarapidenhancementinthedestructivecapabilitiesofnew
subterraneandrillingweapons,posingasignificantthreattoexistingarchitecturalstructures.
Undertheactionofstrongloadssuchasexplosionsandimpacts,theimpactcompressionwaves
incidenttothestructurearereflectedastensilewavesatthefreesurfaceofthestructure,
resultinginsevereseismiccollapsedamagetoordinaryreinforcedconcretestructures,which
cannotmeettheprotectionneedsbroughtaboutbytherapiddevelopmentofnewdrilling
weapons.Ultra-HighPerformanceConcrete(UHPC),distinguishedbyitsexceptionalstrength,
excellentductility,an