第25卷 第10期
2003 年 10 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol.25 N o.10
Oct
. 2003
预应力钢筋混凝土安全壳侵彻数值模拟分析
刘云飞
1
,申祖武
1
,晏石林
1
,王天运
2
(1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉 430070;2. 总参工程兵科研三所,洛阳 471023)
摘 要: 应用显式动力有限元程序,对核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳进行了卵形头弹体侵彻数值模拟分析。采用
HJC
混凝土累积损伤材料模型,采用分离式三维有限元计算模型,分析了预应力钢束及预应力对弹体侵彻过程的影响。
关键词: 侵彻; 数值模拟; 预应力钢筋混凝土; 安全壳
中图分类号:
TU
528.571 文献标识码:
A
文章编号:
1671-4431(2003)10-0051-03
收稿日期:2003-04-18.
作者简介:刘云飞(1972-),男,博士生 .
E
-
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:
liuyunfei
00@
to m
.
com
随着计算机技术的发展,采用数值方法进行研究已成为一种重要的研究手段。数值方法是通过对连续介
质力学的连续方程、动量方程、能量守恒方程以及对靶板材料的本构关系的适当描述、求解,深入揭示侵彻过
程中弹靶作用及其动力学响应的物理现象和本质。
侵彻问题数值仿真的基础是能够对材料模型进行准确的描述。在对钢筋混凝土的侵彻问题上,材料模型
理论上应考虑压实、断裂、剪切、膨胀、相变、热效应、非均匀性等,且要考虑高压冲击波载荷条件模型的率相
关性以及适当的状态方程。混凝土材料是一种水泥砂石等的混合物,对其本构模型的描述比较困难。而材料
本构关系的精度极大程度决定着计算结果能否正确地反映结构行为的实际情况。由于钢筋混凝土的偶然因
素比较多,比如裂纹扩展、钢筋混凝土之间的粘结等,目前还不能在材料模型中进行有效的描述。目前比较适
合计算钢筋混凝土侵彻问题的材料模型是
HJC
混凝土累积损伤模型
[1 ]
。
1
HJC
混凝土累积损伤本构模型
在第 14 届国际导弹会议上,
H o lm q u is t T J
,
Johnson G R
和
Cook W H
报告了针对混凝土大变形问题计
算的本构关系模型及其参数,利用
O tto se n
模型引进应变率的影响,研究了混凝土的动态冲击过程。现将这
种考虑了应变率和损伤的 H JC 混凝土本构模型介绍如下
[1 ]
。
1
.
1
等效强度
σ
*
=[
A
(1 -
D
)+
BP
*
N
](1 +
C
ln ε
*
)(1)
式中,归一化的等效强度
σ
*
=
σ
/
f
c
,且
σ
*
≤
SMAX
,
σ
是真实等效强度,
f
c
是准静态单轴抗压强度;
D
为损伤
(0≤
D
≤1.0),
P
*
=
P
/
f
c
是归一化压力(
P
是真实压力),ε
*
=ε
/ε
0
是等效应变率(其中 ε
是真实应变率,ε
0
=
1.0
s
-1
是参考应变率)。归一化的最大抗拉强度是
T
*
=
T
/
f
c
,其中
T
是材料能够经受的最大抗拉强度。
材料常数是
A
、
B
、
N
、
C
和
SMAX
,其中
A
是归一化的内聚强度,
B
是归一化的压力硬化系数,
N
是压力
硬化指数,
C
是应变率系数,
SMAX
是归一化的最大强度。
1
.
2
累积损伤破碎模型
H JC 混凝土模型是把由等效塑性应变引起的损伤和塑性体积应变引起的损伤累积起来
D
=
∑
Δδ
p
+Δμ
p
f
(
P
)
(2)
式中,
Δδ
p
和
Δμ
p
是一个积分步长内的等效塑性应变和塑性体积应变,
f
(
P
)是在常压
P
下破碎的塑性应变
f
(
P
)=
D
1
(
P
*
+
T
*
)
D
2
(3)
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