混凝土動(dòng)態(tài)計(jì)算本構(gòu)新模型.pdf

1、混凝土作為一種建筑材料在國防和土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用，研究混凝土結(jié)構(gòu)在彈體沖擊或炸藥爆炸作用下的響應(yīng)和破壞問題對武器和防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有重要意義。本文的主要工作是建立混凝土動(dòng)態(tài)計(jì)算本構(gòu)新模型，并將其應(yīng)用于混凝土靶板在彈丸高速撞擊下的侵徹問題和炸藥爆炸載荷作用下的響應(yīng)問題中，成功預(yù)測了彈體的侵徹深度、殘余速度、減加速度以及混凝土靶板中裂紋的擴(kuò)展和演化過程。本文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　 在現(xiàn)有混凝土本構(gòu)模型和一些最新實(shí)

2、驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展混凝土動(dòng)態(tài)計(jì)算本構(gòu)新模型。該模型能反映混凝土材料的基本特性如壓力相關(guān)性，應(yīng)變率相關(guān)性，應(yīng)變軟化，加載路徑相關(guān)性，多孔性以及高低圍壓下的損傷等。針對混凝土材料的拉伸損傷，本文引入拉伸主應(yīng)變損傷法則來描述混凝土材料的拉伸開裂行為。對于混凝土材料的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度，本文在分析了現(xiàn)有混凝土壓縮和拉伸動(dòng)態(tài)材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，在兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出了新的混凝土動(dòng)態(tài)增強(qiáng)因子(DIF)的經(jīng)驗(yàn)公式。此模型的兩個(gè)假設(shè)是:慣性效應(yīng)只對混凝土材料的動(dòng)

3、態(tài)壓縮強(qiáng)度有影響，對動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度沒有影響;在相同的應(yīng)變率條件下，混凝土材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度增量與動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度增量相同。我們將采用單單元模型的數(shù)值計(jì)算來驗(yàn)證本構(gòu)模型的正確性。
　　 對卵形彈高速侵徹鋼筋混凝土靶板進(jìn)行數(shù)值模擬。本文對卵形彈貫穿48MPa、140MPa、38MPa有限厚度混凝土靶板，以及卵形彈侵徹39MPa半無限混凝土靶板進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬得到的殘余速度、侵徹深度和（減）加速度結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩

4、者吻合得較好。同時(shí)，數(shù)值模擬還揭示了混凝土靶板在卵形彈彈體貫穿過程中裂紋的演化過程，數(shù)值模擬中得到的開坑直徑和漏斗坑直徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也吻合得較好。
　　 對平頭彈以不同速度撞擊鋼筋混凝土靶板進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬得到的混凝土靶板裂紋形貌與實(shí)驗(yàn)照片吻合得較好。同時(shí)，對平頭彈撞擊混凝土靶板進(jìn)行了參數(shù)研究，分析了平頭彈撞擊速度，平頭彈直徑和質(zhì)量，混凝土靶板厚度和直徑對混凝土靶板中裂紋演化的影響，得到了一些有益的結(jié)論。
　　 對炸

5、藥爆炸載荷作用下鋼筋混凝土的響應(yīng)和破壞進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬了炸藥接觸爆炸和炸藥處于封閉空間內(nèi)的爆炸問題。數(shù)值模擬得到的混凝土靶板的裂紋形貌與實(shí)驗(yàn)觀察進(jìn)行了比較，兩者吻合得較好。同時(shí)，對混凝土接觸爆炸問題進(jìn)行了參數(shù)研究，分析了不同厚度不同直徑混凝土靶板對裂紋演化的影響。
　　 將Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則引入空穴膨脹理論，并對混凝土靶板的侵徹問題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。首先將Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則和彈性-脆性-理想塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系引入