【摘 要】
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材料模型的建立及材料参数的选取对材料力学性能的研究及相关仿真计算具有重要意义。RHT模型(Riedel-Hiermaier-Thoma model)是一种广泛应用于描述岩石、混凝土类材料在爆炸冲击、弹体侵彻等高应变率、大变形情况下动态响应的力学模型。RHT模型中共定义了34个参数,如何针对不同的材料选取合理的参数值是实际应用中的一个难点。天然岩石种类繁多,性质差异明显,在仿真计算时直接使用混凝土参
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材料模型的建立及材料参数的选取对材料力学性能的研究及相关仿真计算具有重要意义。RHT模型(Riedel-Hiermaier-Thoma model)是一种广泛应用于描述岩石、混凝土类材料在爆炸冲击、弹体侵彻等高应变率、大变形情况下动态响应的力学模型。RHT模型中共定义了34个参数,如何针对不同的材料选取合理的参数值是实际应用中的一个难点。天然岩石种类繁多,性质差异明显,在仿真计算时直接使用混凝土参考值可能会给模拟结果带来误差。因此,对于不同岩石材料,获得相应的RHT参数值,将有助于岩石动态性能的仿真研究。本文选取了三种典型岩石材料(红砂岩、大理岩、花岗岩),通过对RHT模型参数进行分析,确定了参数的试验确定方法。进一步地,通过开展准静态力学与动态力学试验,对三种岩石的RHT参数值进行了确定。研究获得的参数值可应用于多种动态问题分析中。本文的主要工作内容如下:(1)首先针对弹体侵彻半无限厚岩石靶体问题,利用Isight软件中的最优拉丁超立方设计方法(Optimal Latin hypercube design,Opt-LHD)设计了主定参数试验矩阵,并利用LS-DYNA软件计算获得了355个有效工况。分别以侵彻深度、弹体质量损失率及靶体损伤度为评价指标,通过建立近似模型,对21个主定参数进行了交互效应、主效应和参数敏感性分析。结果表明,参数间并非完全独立,且对于不同评价指标,参数敏感性结果不同。(2)开展了多种准静态力学实验,包括基本物理性质测定实验、准静态单轴压缩实验、巴西劈裂实验、单轴压缩循环加卸载实验及常规三轴实验。基于实验结果确定了主定参数ρ0、α0、fc、G、gc*、ft*、gt*、εpm、fs*、Af、nf及从属参数pel、βc、βt。(3)开展了分离式霍普金森压杆实验及平板撞击实验。通过不同应变率的动态压缩应力-应变曲线及基于岩石冲击Hugoniot数据拟合得到的岩石D-u及p-μ状态方程确定了主定参数A、N、ξ、D1、c0、s、pco、n及从属参数A1、A2、A3、B0、B1及T1。结合准静态实验测得的参数,确定了三种典型岩石的RHT模型参数值。(4)开展了三种岩石靶的缩比侵彻试验,并利用LS-DYNA对试验工况进行模拟,其中,靶体材料参数即为试验测定值。通过对比试验及仿真结果,验证了参数值的适用性。
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