在巖土工程、國(guó)防工程等領(lǐng)域，爆破波作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析是重要研究方向。ABAQUS 作為通用有限元軟件，可通過(guò)直接定義荷載、耦合流體 - 結(jié)構(gòu)相互作用等方式模擬爆破波，核心是還原爆破波 “短時(shí)、高壓、脈沖式” 的動(dòng)力學(xué)特性。以下從操作流程、方法對(duì)比及關(guān)鍵要點(diǎn)展開(kāi)說(shuō)明，助力精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)爆破波施加。

一、爆破波的核心特性與建模準(zhǔn)備

爆破波本質(zhì)是爆炸產(chǎn)生的高壓脈沖波，傳播過(guò)程中呈現(xiàn) “壓力驟升（峰值壓力）→快速衰減（正壓區(qū)）→負(fù)壓區(qū)” 的特征，需在建模前明確三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：

1. 波形參數(shù)：根據(jù)工程場(chǎng)景確定爆破波波形（如三角形波、指數(shù)衰減波），明確峰值壓力（如 10MPa）、正壓作用時(shí)間（如 5ms）、衰減系數(shù)（如 0.8）；

2. 作用范圍：確定爆破中心與結(jié)構(gòu)的距離（爆心距），判斷爆破波為 “近場(chǎng)”（強(qiáng)非線性）還是 “遠(yuǎn)場(chǎng)”（可簡(jiǎn)化為平面波）；

3. 模型邊界：若模擬無(wú)限域（如巖土中爆破），需設(shè)置無(wú)反射邊界（如 ABAQUS 的 “Absorbing Boundary”），避免邊界反射波干擾結(jié)果。

同時(shí)，需完成結(jié)構(gòu)與周?chē)橘|(zhì)（如空氣、巖土）的幾何建模，定義材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)（如巖土用 Drucker-Prager 模型、鋼材用 Johnson-Cook 模型），確保材料參數(shù)適配爆破波的動(dòng)態(tài)荷載特性。

二、ABAQUS 施加爆破波的兩種核心方法

（一）直接荷載法：適用于遠(yuǎn)場(chǎng)平面爆破波

當(dāng)爆心距較大，爆破波可簡(jiǎn)化為平面波時(shí)，直接在結(jié)構(gòu)表面施加隨時(shí)間變化的壓力荷載，操作簡(jiǎn)潔高效，步驟如下：

1. 進(jìn)入 Load 模塊：在已創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)分析步（如 “Dynamic, Explicit”，爆破問(wèn)題優(yōu)先選顯式算法，避免隱式算法收斂困難）中，點(diǎn)擊 “Create Load”，“Category” 選 “Mechanical”，“Types for Selected Step” 選 “Pressure”。

2. 選擇作用區(qū)域：通過(guò)框選或拾取，選擇爆破波作用的結(jié)構(gòu)表面（如墻體迎爆面、巖土表面），點(diǎn)擊 “Continue”。

3. 定義壓力時(shí)程曲線：

l若為自定義波形（如指數(shù)衰減波）：在壓力編輯界面，點(diǎn)擊 “Amplitude”→“Create”，選擇 “Time” 為自變量，輸入 “時(shí)間 - 壓力” 數(shù)據(jù)點(diǎn)（如 t=0 時(shí) P=0，t=0.1ms 時(shí) P=10MPa，t=5ms 時(shí) P=0），或直接輸入數(shù)學(xué)表達(dá)式（如P=10*exp(-0.8*t)，t 單位為 ms），生成隨時(shí)間變化的幅值曲線；

l若調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)波形：ABAQUS 內(nèi)置 “Blast” 相關(guān)幅值類(lèi)型（部分版本需加載插件），可直接輸入峰值壓力、正壓時(shí)間等參數(shù)，軟件自動(dòng)生成波形。

4. 荷載方向設(shè)置：確保壓力方向與結(jié)構(gòu)表面垂直（默認(rèn) “Normal to Surface”），若為傾斜爆破波，需通過(guò)局部坐標(biāo)系調(diào)整荷載方向。

（二）流體 - 結(jié)構(gòu)相互作用法：適用于近場(chǎng)非線性爆破波

當(dāng)爆心距較近，爆破波存在明顯三維效應(yīng)或需考慮空氣 / 巖土介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的耦合作用時(shí)，需用 “Coupled Eulerian-Lagrangian（CEL）” 或 “Abaqus/Explicit” 的流體模塊模擬，步驟如下：

1. 創(chuàng)建歐拉域（流體）：在 “Part” 模塊新建 “Eulerian” 類(lèi)型部件，定義為空氣 / 巖土介質(zhì)（需設(shè)置流體本構(gòu)，如空氣用 “ Ideal Gas” 模型，巖土用 “Eulerian Material”），歐拉域需覆蓋爆破中心至結(jié)構(gòu)的區(qū)域，確保爆破波傳播路徑完整。

2. 定義爆破源：在歐拉域內(nèi)的爆破中心位置，創(chuàng)建 “Concentrated Blast Load”（集中爆破荷載）：進(jìn)入 “Load” 模塊，選擇 “Concentrated Force/Moment”，關(guān)聯(lián)爆破中心節(jié)點(diǎn)，在 “Amplitude” 中定義爆破能量釋放率（如總爆破能量 100kJ），軟件自動(dòng)在歐拉域內(nèi)生成爆破波。

3. 設(shè)置流 - 固耦合：在 “Interaction” 模塊創(chuàng)建 “Eulerian-Lagrangian Interaction”，選擇歐拉域（流體）與結(jié)構(gòu)（拉格朗日單元）的接觸面，定義接觸屬性（如 “Penalty” 接觸算法），實(shí)現(xiàn)爆破波在流體與結(jié)構(gòu)間的力傳遞。

4. 無(wú)反射邊界設(shè)置：在歐拉域的外邊界添加 “Non-reflecting Boundary”，參數(shù)按介質(zhì)聲速（如空氣聲速 340m/s）設(shè)置，避免爆破波在邊界反射。

三、關(guān)鍵設(shè)置與結(jié)果驗(yàn)證

（一）分析步與算法選擇

爆破波為短時(shí)動(dòng)態(tài)荷載，必須選用 “Dynamic, Explicit” 分析步，設(shè)置合理的時(shí)間增量步：

l時(shí)間增量步需小于爆破波正壓作用時(shí)間的 1/20（如正壓時(shí)間 5ms，增量步設(shè)為 0.2ms），確保捕捉壓力峰值；

l在 “Step” 模塊的 “Controls” 中，勾選 “Element deletion”（若需模擬結(jié)構(gòu)破壞），設(shè)置材料失效準(zhǔn)則（如最大主應(yīng)力準(zhǔn)則）。

（二）結(jié)果驗(yàn)證要點(diǎn)

計(jì)算完成后進(jìn)入 “Visualization” 模塊，重點(diǎn)驗(yàn)證兩項(xiàng)指標(biāo)：

l壓力時(shí)程曲線：在結(jié)構(gòu)迎爆面選取典型節(jié)點(diǎn)，查看 “Pressure” 隨時(shí)間的變化曲線，確認(rèn)峰值壓力、作用時(shí)間與預(yù)設(shè)一致，無(wú)異常波動(dòng)；

l結(jié)構(gòu)響應(yīng)：查看結(jié)構(gòu)的 “Mises 應(yīng)力”“位移” 云圖，判斷是否出現(xiàn)合理的破壞模式（如巖土體開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)局部屈曲），若結(jié)果異常，需檢查波形參數(shù)或邊界設(shè)置。

ABAQUS 施加爆破波的核心是 “匹配工程場(chǎng)景選擇方法”：遠(yuǎn)場(chǎng)簡(jiǎn)化場(chǎng)景優(yōu)先用 “直接荷載法”，通過(guò)定義壓力時(shí)程曲線快速實(shí)現(xiàn)；近場(chǎng)復(fù)雜場(chǎng)景需用 “流 - 固耦合法”，借助歐拉域與耦合界面還原真實(shí)力學(xué)行為。操作中需重點(diǎn)關(guān)注波形參數(shù)準(zhǔn)確性、分析步時(shí)間增量步設(shè)置及無(wú)反射邊界，才能精準(zhǔn)模擬爆破波作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的抗爆依據(jù)。