基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真

于 2026-10-23 10:45:41 发布 16 0 0

关键词：LS-DYNA；钢筋混凝土梁；近场爆炸；ALE流固耦合；破坏模式

一、文章简要介绍

梁在爆炸下是弯坏还是剪坏，工程上一直缺判据，爆点偏离跨中就更难定性。这篇2026年发表在Buildings的研究，做了三组1/2缩尺RC梁的近场空气爆炸试验，又用LS-DYNA的ALE流固耦合做数值模拟，提出用剪切变形比δ划分破坏模式（DOI：10.3390/buildings16112054）。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图1

图1 RC梁近场空气爆炸试验流程图

试验全流程：从浇筑、材性测试到起爆与测量。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图2

图2 试验现场布置图

梁两端各150毫米夹紧，TNT按预设高度悬挂。

二、仿真步骤

梁为1/2缩尺，截面125×250毫米、净跨2700毫米，C40混凝土实测抗压40.5兆帕，上部2C10、下部4C10，箍筋B6@100。三个工况：2千克装药跨中起爆，4千克装药分别偏心0.3米、0.6米，爆高都是0.4米。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图3

图3 RC梁配筋布置图

配筋：上部2C10、下部4C10，箍筋B6@100。

材料本构是爆炸仿真最容易做错的一环。混凝土用*MAT_RHT，三个极限面加P-α状态方程；钢筋用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC，应变率按Cowper-Symonds取C=40、P=5；炸药是*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN配*EOS_JWL，空气用*MAT_NULL配线性多项式状态方程。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图4

图4 ALE流固耦合有限元模型

欧拉域装空气和炸药，拉格朗日域是梁与支座。

耦合走ALE流固耦合，混凝土、空气和支座用SOLID164，钢筋用BEAM161。网格按2、5、10毫米三档做了收敛对比，误差都在15%以内，最终取5毫米。

判据是全文最有价值的部分：沿跨分段反推各段的弯曲变形，总变形减掉它即为剪切变形，比值定义为δ——δ≤5%判弯曲破坏，20%到35%为弯剪，超过50%即剪切破坏。对标结果：三个工况的损伤区与裂缝长度误差3.8%到9.76%，L1残余位移试验0.74厘米、仿真0.79厘米。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图5

图5 L3工况试验破坏形态

L3工况试验破坏形态，迎爆面被打穿成空腔。

$基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图6$

图6 L3工况仿真损伤云图

同工况仿真损伤云图，损伤集中在爆点正对区域。

基于LS-DYNA的钢筋混凝土梁近场爆炸仿真的图7