在巖土工程、國防工程等領(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、高壓、脈沖式” 的動力學(xué)特性。以下從操作流程、方法對比及關(guān)鍵要點展開說明，助力精準實現(xiàn)爆破波施加。

一、爆破波的核心特性與建模準備

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

1. 波形參數(shù)：根據(jù)工程場景確定爆破波波形（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”（強非線性）還是 “遠場”（可簡化為平面波）；

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

同時，需完成結(jié)構(gòu)與周圍介質(zhì)（如空氣、巖土）的幾何建模，定義材料動態(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：適用于遠場平面爆破波

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

1. 進入 Load 模塊：在已創(chuàng)建的動態(tài)分析步（如 “Dynamic, Explicit”，爆破問題優(yōu)先選顯式算法，避免隱式算法收斂困難）中，點擊 “Create Load”，“Category” 選 “Mechanical”，“Types for Selected Step” 選 “Pressure”。

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

3. 定義壓力時程曲線：

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

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

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 “Normal to Surface”），若為傾斜爆破波，需通過局部坐標系調(diào)整荷載方向。

（二）流體 - 結(jié)構(gòu)相互作用法：適用于近場非線性爆破波

當爆心距較近，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，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）：進入 “Load” 模塊，選擇 “Concentrated Force/Moment”，關(guān)聯(lián)爆破中心節(jié)點，在 “Amplitude” 中定義爆破能量釋放率（如總爆破能量 100kJ），軟件自動在歐拉域內(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），實現(xiàn)爆破波在流體與結(jié)構(gòu)間的力傳遞。

4. 無反射邊界設(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)果驗證

（一）分析步與算法選擇

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

l時間增量步需小于爆破波正壓作用時間的 1/20（如正壓時間 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)置材料失效準則（如最大主應(yīng)力準則）。

（二）結(jié)果驗證要點

計算完成后進入 “Visualization” 模塊，重點驗證兩項指標：

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

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 “匹配工程場景選擇方法”：遠場簡化場景優(yōu)先用 “直接荷載法”，通過定義壓力時程曲線快速實現(xiàn)；近場復(fù)雜場景需用 “流 - 固耦合法”，借助歐拉域與耦合界面還原真實力學(xué)行為。操作中需重點關(guān)注波形參數(shù)準確性、分析步時間增量步設(shè)置及無反射邊界，才能精準模擬爆破波作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，為工程設(shè)計提供可靠的抗爆依據(jù)。