弹丸对混凝土靶侵彻贯穿的连续损伤模型.pdf

增刊弹丸对混凝土靶侵彻贯穿的连续损伤模型张振宇(国防科技大学理学院应用物理系。湖南长沙410073) 摘要:针对混凝土的破坏模式,。模拟结果与Hanchak等人所做的一系列实验结果吻合较好。关键词:侵彻;混凝土;连续损伤模型;数值模拟 1引言描述混凝土材料在弹丸高速撞击条件下的动态破坏行为需要一个完整的本构模型,它应能处理材料在拉伸加载下的脆性断裂和压缩加载下的破坏行为。本文所提供的本构模型利用连续损伤积累模型预测混凝土在体积拉伸加载下的行为;在压缩状态下,混凝土被处理为弹性/理想塑性材料。因此,研究重点是模拟混凝土材料在弹丸撞击下的脆性断裂,在压缩条件下我们也希望建立一个更复杂、更真实的模型,但这将在以后的工作中考虑。连续损伤模型的基本假设是,在脆性材料中随机地分布着大量的裂缝,它们在拉伸加载条件下会增长并相互作用。模型不是试图用来处理每一条特定的裂缝,而用内部状态变量处理所有这些裂缝的增长和相互作用,此内部状态变量决定了材料中的损伤积累。由此定义的损伤度决定了材料硬度下降的程度,并导致出现应变软化现象。连续损伤模型的基本特征是将脆性材料的动态破坏看作是连续损伤积累的过程,损伤归究于材料中初始存在的微裂纹 2连续损伤模型在体积拉伸加载条件下的损伤模型方程,由Budiansky和(YConnell“1从各向同性弹性材料里所存在的随机分布的微裂纹中推导出来的,主要由裂缝密度、损伤演化规律以及有效模量表达的应力一应变关系三部分组成簧一-一萼嵩ca ㈣鱼一1一一32坠型!二卫ca (2’G 2一i ?墨一1一堡坠生丛攀C。(3)E 2一i ?式中:K,G,E和u分别是材料体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比。顶上带横杠的量表示材料强度降低后相应的参量值;Cd是裂缝密度参数,它与初始和损伤后的泊松比相关 i—vexp(--16艇d/9)0≤p≤1 (4) 损伤状态变量定义如下 D一萼嵩ca (5) 因而,K—K(1一D)。裂缝密度参数与N和n 3的乘积成正比,N是每单位体积中裂缝数目,口是某一典型体积内的平均裂缝尺度。将方程(1)到(5)转化成应变率相关形式来求解应力和应变率。 3弹丸对混凝土靶侵彻贯穿的数值模拟为了与实验结果比较,计算时所用的弹、靶几何尺寸采用Hanchak等Ⅲ实验所用钢弹和混凝土靶第23卷板的几何尺寸。计算结果显示,靶体上前、后表面处的弹坑和穿孔时靶体内部