混凝土動態(tài)本構(gòu)的簡化及其校驗

混凝土動態(tài)本構(gòu)的簡化及其校驗第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，已有的混凝土動態(tài)本構(gòu)關(guān)系多但，形式復(fù)雜性、要求參數(shù)較多，確定起來比較困難并部分帶有主觀性和不確定性一般來說，好的本構(gòu)模型要求：在理論上應(yīng)該是嚴(yán)格的在計算上應(yīng)該是方便的它所需要的參數(shù)也應(yīng)該簡單明了、耦合性少，并且能用現(xiàn)有的（甚至是傳統(tǒng)的）量測手段在試驗中測到第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月項目的目的本項目是通過試驗、數(shù)值模擬和理論分析研究混凝土材料在動態(tài)載荷下的損傷、破壞規(guī)律和判據(jù)，構(gòu)建（或簡化）混凝土動態(tài)本構(gòu)關(guān)系該本構(gòu)關(guān)系主要考慮混凝土材料的強度、彈性模量、損傷等關(guān)鍵參數(shù)為主，反映混凝土在動態(tài)載荷下應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系由于混凝土材料的非均勻性，考慮混凝土材料的強度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)為以服從某一分布（如Weibull分布）的隨機力學(xué)參數(shù)通過數(shù)值模擬和試驗校驗該本構(gòu)的正確性和準(zhǔn)確性，為毀傷戰(zhàn)斗部高效打擊設(shè)計和目標(biāo)工程抗打擊設(shè)計提供技術(shù)支撐。第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月Weibull分布1939年，Weibull以“最弱環(huán)假設(shè)”為基本假設(shè)，提出了材料脆性破壞強度統(tǒng)計理論，并在此基礎(chǔ)上提出了材料局部強度的分布函數(shù)（Weibull分布）這實際上是從概率統(tǒng)計學(xué)的角度來研究結(jié)構(gòu)的宏觀統(tǒng)計強度第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月weibull分布函數(shù)：其中：u代表滿足該分布參數(shù)（如強度、彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)等）的數(shù)值；而u0是一個與所有單元參數(shù)平均值；參數(shù)m定義了Weibull分布密度函數(shù)的形狀參數(shù)，m越大，表明材料越均勻；m越小，則表明材料越不均勻。第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月Weibull分布參數(shù)分布圖m=8m=5m=3m=2m=1其實Weibull分布本身與其他分布也有聯(lián)系，如m=1時，它退化成為指數(shù)分布；m=2時，成為Rayleigh分布；m=3.25～3.45時，又接近于正態(tài)分布(張明等，2005)m→∞時，均勻分布目前尚不能從理論上推導(dǎo)出準(zhǔn)脆性材料性能的分布函數(shù)

第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月認(rèn)為樹脂混凝土的參數(shù)統(tǒng)計表現(xiàn)為以下三種分布：正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布Weibull分布1996年花崗巖樹脂混凝土彈性模量分布玄武巖樹脂混凝土抗壓強度分布第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月唐春安等研發(fā)的RFPA軟件認(rèn)為脆性材料的力學(xué)性能服從正態(tài)分布初始彈性模量分布圖各單元的E服從Weibull分布E0=67Gpam=2.5其余參數(shù)：如強度也是服從類似的Weibull分布第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月張明等人認(rèn)為：說明：由于混凝土材料的非均勻性，可以考慮混凝土材料的強度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)為以服從某一分布（如Weibull分布、對數(shù)正態(tài)分布）的隨機力學(xué)參數(shù)第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土本構(gòu)關(guān)系參數(shù)簡化已有混凝土動態(tài)本構(gòu)關(guān)系形式復(fù)雜性、要求參數(shù)較多，確定起來比較困難并部分帶有主觀性和不確定性HJC、ZWT、TCK、…如何簡化參數(shù)？原則：主要考慮混凝土材料的強度、彈性模量、損傷等關(guān)鍵參數(shù)為主，反映混凝土在動態(tài)載荷下應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變率之間的關(guān)系

目的：建立混凝土動態(tài)載荷下的工程型本構(gòu)關(guān)系手段：通過理論分析、數(shù)值試驗等構(gòu)建混凝土動態(tài)本構(gòu)關(guān)系第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月本構(gòu)簡化研究現(xiàn)狀盡管用標(biāo)量損傷變量簡化了以往的多階損傷張量本構(gòu)模型，但其本構(gòu)關(guān)系（包括應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服、損傷演化）還是非常復(fù)雜的第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月摘要：在巖石材料非均勻性的基礎(chǔ)上，建立了彈塑性概率材料本構(gòu)。認(rèn)為材料單元的切線模量與破壞強度都是服從二參數(shù)Weibull分布的隨機量，通過用戶子程序?qū)⒃摫緲?gòu)導(dǎo)入到LS-DYNA3D中，推導(dǎo)了程序流程，分析了導(dǎo)入過程的關(guān)鍵技術(shù)。算例驗證表明，應(yīng)用該本構(gòu)模擬得出的現(xiàn)象與實驗觀測完全一致，這是確定性本構(gòu)無法實現(xiàn)的。第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月提出了9參數(shù)模型：抗壓強度fc彈性模量E泊松比ν壓碎應(yīng)變抗拉強度fct斷裂能Gf局部壓碎能Gc1損傷參數(shù)b材料參數(shù)μ對于某一混凝土，如果彈性模量和抗壓強度確定了，其余7個參數(shù)則能通過這2個參數(shù)近似得到。第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土損傷、破壞準(zhǔn)則混凝土各組成部分之間力學(xué)性能相差很大，而且內(nèi)部存在大量的微裂紋和微空洞缺陷．在外荷載的作用下，由于微裂紋和微空洞缺陷的存在，使混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生弱化效應(yīng)，為了表征這種弱化效應(yīng)，把材料某種程度的弱化定義為損傷DLemaitre應(yīng)變等價性原理：損傷材料(D≠0)在有效應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變與同種材料無損(D=0)時發(fā)生的應(yīng)變等價。根據(jù)這一原理，受損材料(D≠0)應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系可以從無損材料(D=0)的本構(gòu)方程來導(dǎo)出，只要用損傷后的有效應(yīng)力來取代無損材料本構(gòu)關(guān)系中的名義應(yīng)力第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)p傷值達(dá)到一定閾值后，混凝土即破壞目前，混凝土等脆性材料破壞的準(zhǔn)則常用：Mohr-Coulomb準(zhǔn)則Drucker-Prager準(zhǔn)則第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月RFPA試驗混凝土模型：100mm×50mm單元：100×50=5000假設(shè)混凝土參數(shù)服從Weibull分布：E=60Gpa，f=240Mpa，ν=0.25，ρ=2300m=2（細(xì)觀統(tǒng)計）其宏觀模量和抗壓強度分別為：第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月破壞準(zhǔn)則：莫爾-庫侖準(zhǔn)則，拉壓比=0.125，殘余強度系數(shù)0.1加載方式：靜態(tài)位移加載（初始值0.001mm，增量0.001mm/步，共100步）在此靜載荷