混凝土動態(tài)本構的簡化及其校驗

混凝土動態(tài)本構的簡化及其校驗第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)本構關系多但，形式復雜性、要求參數較多，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，好的本構模型要求：在理論上應該是嚴格的在計算上應該是方便的它所需要的參數也應該簡單明了、耦合性少，并且能用現有的（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，構建（或簡化）混凝土動態(tài)本構關系該本構關系主要考慮混凝土材料的強度、彈性模量、損傷等關鍵參數為主，反映混凝土在動態(tài)載荷下應力與應變、應變率之間的關系由于混凝土材料的非均勻性，考慮混凝土材料的強度、彈性模量等力學參數為以服從某一分布（如Weibull分布）的隨機力學參數通過數值模擬和試驗校驗該本構的正確性和準確性，為毀傷戰(zhàn)斗部高效打擊設計和目標工程抗打擊設計提供技術支撐。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”為基本假設，提出了材料脆性破壞強度統(tǒng)計理論，并在此基礎上提出了材料局部強度的分布函數（Weibull分布）這實際上是從概率統(tǒng)計學的角度來研究結構的宏觀統(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：其中：u代表滿足該分布參數（如強度、彈性模量、泊松比、熱膨脹系數，熱傳導系數等）的數值；而u0是一個與所有單元參數平均值；參數m定義了Weibull分布密度函數的形狀參數，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分布參數分布圖m=8m=5m=3m=2m=1其實Weibull分布本身與其他分布也有聯系，如m=1時，它退化成為指數分布；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出準脆性材料性能的分布函數

第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月認為樹脂混凝土的參數統(tǒng)計表現為以下三種分布：正態(tài)分布對數正態(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軟件認為脆性材料的力學性能服從正態(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：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、彈性模量等力學參數為以服從某一分布（如Weibull分布、對數正態(tài)分布）的隨機力學參數第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月混凝土本構關系參數簡化已有混凝土動態(tài)本構關系形式復雜性、要求參數較多，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？原則：主要考慮混凝土材料的強度、彈性模量、損傷等關鍵參數為主，反映混凝土在動態(tài)載荷下應力與應變、應變率之間的關系

目的：建立混凝土動態(tài)載荷下的工程型本構關系手段：通過理論分析、數值試驗等構建混凝土動態(tài)本構關系第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月本構簡化研究現狀盡管用標量損傷變量簡化了以往的多階損傷張量本構模型，但其本構關系（包括應力-應變關系、屈服、損傷演化）還是非常復雜的第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上，建立了彈塑性概率材料本構。認為材料單元的切線模量與破壞強度都是服從二參數Weibull分布的隨機量，通過用戶子程序將該本構導入到LS-DYNA3D中，推導了程序流程，分析了導入過程的關鍵技術。算例驗證表明，應用該本構模擬得出的現象與實驗觀測完全一致，這是確定性本構無法實現的。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9參數模型：抗壓強度fc彈性模量E泊松比ν壓碎應變抗拉強度fct斷裂能Gf局部壓碎能Gc1損傷參數b材料參數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個參數則能通過這2個參數近似得到。第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土損傷、破壞準則混凝土各組成部分之間力學性能相差很大，而且內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，使混凝土的力學性能產生弱化效應，為了表征這種弱化效應，把材料某種程度的弱化定義為損傷DLemaitre應變等價性原理：損傷材料(D≠0)在有效應力作用下產生的應變與同種材料無損(D=0)時發(fā)生的應變等價。根據這一原理，受損材料(D≠0)應力-應變本構關系可以從無損材料(D=0)的本構方程來導出，只要用損傷后的有效應力來取代無損材料本構關系中的名義應力第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月損傷值達到一定閾值后，混凝土即破壞目前，混凝土等脆性材料破壞的準則常用：Mohr-Coulomb準則Drucker-Prager準則第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假設混凝土參數服從Weibull分布：E=60Gpa，f=240Mpa，ν=0.25，ρ=2300m=2（細觀統(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月破壞準則：莫爾-庫侖準則，拉壓比=0.125，殘余強度系數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