【摘 要】
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研究混凝土的抗侵彻性能及混凝土侵彻损伤分布规律,对于改进防护结构和提高建筑物的防护能力都具有一定的意义。由于此类问题试验耗费高且具有一定危险性,同时因混凝土靶具有非线性、非均质等复杂性质,使得试验测试和理论分析十分困难。随着计算方法的不断发展,数值计算可以实现对整个侵彻过程进行更为全面的监测分析,因此,数值计算研究也逐渐成为解决侵彻问题的重要方法之一。基于此点,本文从数值计算角度,结合现有试验数据
【基金项目】
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国家自然科学基金项目51579062,多次爆破开挖中岩石动力学特性与累积损伤效应研究;
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研究混凝土的抗侵彻性能及混凝土侵彻损伤分布规律,对于改进防护结构和提高建筑物的防护能力都具有一定的意义。由于此类问题试验耗费高且具有一定危险性,同时因混凝土靶具有非线性、非均质等复杂性质,使得试验测试和理论分析十分困难。随着计算方法的不断发展,数值计算可以实现对整个侵彻过程进行更为全面的监测分析,因此,数值计算研究也逐渐成为解决侵彻问题的重要方法之一。基于此点,本文从数值计算角度,结合现有试验数据及相关理论,分析混凝土侵彻动力响应及损伤分布规律,开展的主要工作及得到的结论如下:首先,使用Lagrange算法、SPH-FEM耦合算法和自适应SPH-FEM耦合算法开展侵彻数值计算,对计算得到的速度时程曲线和损伤云图开展分析后,认为SPH-FEM耦合算法更适合侵彻计算。同时,基于侵彻试验,通过对理论公式的推导及调整试算,确定了所研究强度等级混凝土Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)本构参数,并对部分本构参数敏感度进行分析,确定出较为敏感的参数有fc、fs*、B、M、εp,而相对不敏感的参数有G、A、N、gt*、gc*、βc、βt和D1。接着,基于确定的RHT本构参数,分别探究不同弹靶条件对混凝土侵彻动力响应产生的影响。研究结果表明:子弹形状系数的增加会使靶背面径向裂纹扩展范围增大,与此同时会减小子弹穿靶耗能;靶体厚度的增加会使单位厚度靶体耗能增大,且未发生穿甲条件下子弹过载峰值受靶体厚度影响较大;子弹初速度的增加会使子弹的过载明显增大,但对子弹的速度损失率影响却与之相反。最后,鉴于混凝土侵彻损伤中的围压效应研究较少,使用混凝土Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型开展不同围压条件下混凝土侵彻损伤数值计算。开展分析后发现:在相同围压系数下,靶体的迎冲面损伤有明显朝着最大围压施加面方向演化趋势,而最小围压施加面方向损伤范围随围压增大不断缩小;相比而言靶背面损伤主要取决于动载作用下的应力波自由面反射效应,其围压施加面方向损伤范围均会随着围压增加而逐渐减小。
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