混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)的簡(jiǎn)化及其校驗(yàn)

混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)的簡(jiǎn)化及其校驗(yàn)第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目前，已有的混凝土動(dòng)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(lái)比較困難并部分帶有主觀性和不確定性一般來(lái)說(shuō)，好的本構(gòu)模型要求：在理論上應(yīng)該是嚴(yán)格的在計(jì)算上應(yīng)該是方便的它所需要的參數(shù)也應(yīng)該簡(jiǎn)單明了、耦合性少，并且能用現(xiàn)有的（甚至是傳統(tǒng)的）量測(cè)手段在試驗(yàn)中測(cè)到第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月項(xiàng)目的目的本項(xiàng)目是通過(guò)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析研究混凝土材料在動(dòng)態(tài)載荷下的損傷、破壞規(guī)律和判據(jù)，構(gòu)建（或簡(jiǎn)化）混凝土動(dòng)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(qiáng)度、彈性模量、損傷等關(guān)鍵參數(shù)為主，反映混凝土在動(dòng)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(qiáng)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(jī)力學(xué)參數(shù)通過(guò)數(shù)值模擬和試驗(yàn)校驗(yàn)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(jì)和目標(biāo)工程抗打擊設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，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(qiáng)度統(tǒng)計(jì)理論，并在此基礎(chǔ)上提出了材料局部強(qiáng)度的分布函數(shù)（Weibull分布）這實(shí)際上是從概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)研究結(jié)構(gòu)的宏觀統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，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(qiáng)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(gè)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(yè)，課件共24頁(yè)，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(shí)Weibull分布本身與其他分布也有聯(lián)系，如m=1時(shí)，它退化成為指數(shù)分布；m=2時(shí)，成為Rayleigh分布；m=3.25～3.45時(shí)，又接近于正態(tài)分布(張明等，2005)m→∞時(shí)，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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月認(rèn)為樹(shù)脂混凝土的參數(shù)統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)為以下三種分布：正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布Weibull分布1996年花崗巖樹(shù)脂混凝土彈性模量分布玄武巖樹(shù)脂混凝土抗壓強(qiáng)度分布第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，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(qiáng)度也是服從類(lèi)似的Weibull分布第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月張明等人認(rèn)為：說(shuō)明：由于混凝土材料的非均勻性，可以考慮混凝土材料的強(qiáng)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(duì)數(shù)正態(tài)分布）的隨機(jī)力學(xué)參數(shù)第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混凝土本構(gòu)關(guān)系參數(shù)簡(jiǎn)化已有混凝土動(dòng)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(lái)比較困難并部分帶有主觀性和不確定性HJC、ZWT、TCK、…如何簡(jiǎn)化參數(shù)？原則：主要考慮混凝土材料的強(qiáng)度、彈性模量、損傷等關(guān)鍵參數(shù)為主，反映混凝土在動(dòng)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(dòng)態(tài)載荷下的工程型本構(gòu)關(guān)系手段：通過(guò)理論分析、數(shù)值試驗(yàn)等構(gòu)建混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本構(gòu)簡(jiǎn)化研究現(xiàn)狀盡管用標(biāo)量損傷變量簡(jiǎn)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(yè)，課件共24頁(yè)，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(qiáng)度都是服從二參數(shù)Weibull分布的隨機(jī)量，通過(guò)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(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。算例驗(yàn)證表明，應(yīng)用該本構(gòu)模擬得出的現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)完全一致，這是確定性本構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月提出了9參數(shù)模型：抗壓強(qiáng)度f(wàn)c彈性模量E泊松比ν壓碎應(yīng)變抗拉強(qiáng)度f(wàn)ct斷裂能Gf局部壓碎能Gc1損傷參數(shù)b材料參數(shù)μ對(duì)于某一混凝土，如果彈性模量和抗壓強(qiáng)度確定了，其余7個(gè)參數(shù)則能通過(guò)這2個(gè)參數(shù)近似得到。第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，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(jià)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(wú)損(D=0)時(shí)發(fā)生的應(yīng)變等價(jià)。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(wú)損材料(D=0)的本構(gòu)方程來(lái)導(dǎo)出，只要用損傷后的有效應(yīng)力來(lái)取代無(wú)損材料本構(gòu)關(guān)系中的名義應(yīng)力第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，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(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFPA試驗(yàn)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(jì)）其宏觀模量和抗壓強(qiáng)度分別為：第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月破壞準(zhǔn)則：莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，拉壓比=0.125，殘余強(qiáng)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