發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 01:23

【摘要】：混凝土是一種廣泛應(yīng)用于民用和國(guó)防工程的建筑材料,研究混凝土結(jié)構(gòu)在強(qiáng)動(dòng)載荷作用下的響應(yīng)和破壞具有重要的理論和實(shí)際意義。本文在之前工作的基礎(chǔ)上建立長(zhǎng)桿彈侵徹混凝土靶的理論模型。構(gòu)建混凝土熱力學(xué)本構(gòu)模型,并將其嵌入LS-DYNA有限元軟件中,對(duì)卵形彈侵徹和貫穿混凝土靶板的問題進(jìn)行數(shù)值模擬并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。本文研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:1.建立長(zhǎng)桿彈侵徹混凝土的理論模型,基于Wen等提出的長(zhǎng)桿彈侵徹金屬靶板的統(tǒng)一理論,建立長(zhǎng)桿彈侵徹半無(wú)限混凝土靶的理論模型。模型中根據(jù)彈體動(dòng)態(tài)強(qiáng)度Yp和靶板靜阻力a0的相對(duì)大小,將混凝土侵徹問題分為Yp≤a0和Ypa0兩種情況。(1)Yp≤a0:當(dāng)長(zhǎng)桿彈撞擊速度V0小于界面失效速度VID時(shí),長(zhǎng)桿彈不能侵徹靶板,當(dāng)V0大于VID時(shí),彈體以銷蝕狀態(tài)侵徹靶板。(2)Ypa0 通過兩個(gè)臨界速度(剛體速度VR和流體動(dòng)力學(xué)速度VH)將彈體侵徹模式分為三種。建立適用于各個(gè)侵徹模式的理論公式,確定各模式之間相互轉(zhuǎn)換的臨界條件并考慮了銷蝕碎片的二次侵徹情況。模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)得到的侵徹深度、侵徹模式、殘余質(zhì)量和時(shí)程曲線等吻合較好,驗(yàn)證了本文理論模型的準(zhǔn)確性。2.建立混凝土的熱力學(xué)本構(gòu)模型(1)簡(jiǎn)要介紹熱力學(xué)基本定律,內(nèi)變量理論,Zigler正交法則。給出構(gòu)建熱力學(xué)本構(gòu)模型的一般流程。從耗散勢(shì)函數(shù)推導(dǎo)出了非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則,并且推導(dǎo)過程不需要額外定義新的函數(shù)(如塑性勢(shì)函數(shù))。借用經(jīng)典屈服準(zhǔn)則(Mises和D-P彈塑性模型)說明這個(gè)過程。(2)構(gòu)造一個(gè)適用于混凝土材料的自由能函數(shù)和能量耗散函數(shù),建立綜合考慮應(yīng)變硬化和軟化、壓力相關(guān)性、路徑相關(guān)性和應(yīng)變率效應(yīng)的混凝土熱力學(xué)本構(gòu)模型。確定本構(gòu)模型中所需參數(shù),并利用單單元模型進(jìn)行驗(yàn)證。模型預(yù)測(cè)的單軸壓縮/拉伸及三軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好,驗(yàn)證了本構(gòu)的正確性。3.利用混凝土熱力學(xué)本構(gòu)模型模擬卵形彈侵徹/貫穿混凝土靶問題。(1)對(duì)剛性卵形彈侵徹23Mpa和39MPa混凝土靶板問題進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。數(shù)值模擬得到的侵徹深度、殘余速度和加速度時(shí)程曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。同時(shí),模擬結(jié)果表明:侵徹深度隨著撞擊速度增加而單調(diào)增加;彈靶材料確定后,彈體的(減)加速度只與侵徹速度有關(guān)。(2)對(duì)剛性卵形彈貫穿48MPa混凝土靶板問題進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。數(shù)值模擬得到不同撞擊速度下彈丸的殘余速度,同時(shí),數(shù)值模擬得到的靶板正面的沖擊坑直徑和靶板背面的漏斗坑直徑數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合,其大小與撞擊速度相關(guān),撞擊速度越大,沖擊坑越大,漏斗坑越小。
【圖文】：

Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ等［５９］提出的ＨＪＣ本構(gòu)模型是目前應(yīng)用最廣泛的混凝土本構(gòu)模型逡逑之一，常用于模擬混凝土結(jié)構(gòu)受沖擊或者爆炸載荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題逡逑ＨＪＣ模型采用三段式狀態(tài)方程描述壓力與體應(yīng)變的關(guān)系如圖１．１所示：逡逑＾邋丨逡逑｜邐ｐ邋＝邋Ｋ］Ｍ邋＋邋Ｋ２Ｊｉ２＋Ｋ３ｊｊｉ邋／逡逑圣邐Ｍ邋＝邋＾－Ｍｉ0ｃｋ）ｌ＾邋＋邋Ｍ，0ｃｋ）邋／逡逑Ｐｃｒｕｓｈ邋＿邐／逡逑／７邐Ｌ逡逑邐／邐Ｐｃｒｕｓｈ邐＾＇ｏｃｋ逡逑／邋＾逡逑Ｔ（１－Ｄ）逡逑圖１．１邋ＨＪＣ本構(gòu)模型中狀態(tài)方程示意圖逡逑１．

［￥ｔＡｆｃｃ－＾ｆ？）＾ｐｌｆｃｃ］ｒ｛ｄ）邐0＜ｐ＜ｆｃｃ／３邋（１－２３）逡逑ｆｅｅ邋＋邋Ｂｆｃ邋（ｐ！ｆｃ－邋ｆｅｅ邋１邋３／Ｊ邋）Ｎ邋ｒ（＾）邋Ｐ＞邋ｆｊ、逡逑其中Ｓ和ＴＶ為材料參數(shù)。／＆和人分別為動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度，圖１．２逡逑為強(qiáng)度示意圖。當(dāng)人＝0時(shí)，，壓縮強(qiáng)度人．為單軸殘余抗壓強(qiáng)度NB’ｘｒ，強(qiáng)度面退逡逑化為殘余強(qiáng)度面，殘余強(qiáng)度面為：逡逑２＞ｐｒ｛６）邐０＜ｐ＜／Ｊｘｒ／３逡逑Ｙ邐ｆｃｘｒ邋＋邋Ｂｆ＇ｃ邋（ｐ邋／邋／Ｊ邋－邋／Ｊ邋ｘ邋ｒ邋／邋３／；邐ｒ邋（６）尸＞／：＂／３邋（１邋）逡逑強(qiáng)度面示意圖如圖１．２所示。逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528;E95

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本文編號(hào)：2594234