基于细观力学的碎石混凝土侵彻数值模拟

摘要

本文在细观层次上把碎石混凝土视为由粗骨料和水泥砂浆组成的两相复合材料，利用自编程序和有限元分析软件对基于细观力学的碎石混凝土侵彻数值模拟进行了研究，通过进行大量的数值试验，分析了骨料的分布、粒径、强度等因素对弹体侵彻的影响以及靶体的损伤破坏特点。主要内容如下：
　　 ⑴对碎石混凝土细观几何模型的建立及网格划分方法进行了探讨。基于前人的研究成果，发展了适用于模拟碎石混凝土的随机骨料模型，并对模型的网格划分方法进行了分析。根据本文提出的随机骨料模型生成算法，编写了随机骨料模型生成程序2D-RAM和3D-RAM。
　　 ⑵对本文自编程序生成的碎石混凝土细观数值模型进行了验证。通过将数值计算结果与文献中试验结果进行对比分析，验证了模型用于碎石混凝土侵彻问题数值模拟的有效性。
　　 ⑶基于假三维随机骨料模型对碎石混凝土侵彻问题进行了研究。通过大量的数值试验，研究了靶体内骨料粒径和分布对弹侵彻靶体的影响，得出靶体内骨料分布的随机性对弹体侵彻能力和过载有明显影响；相同骨料含量下，弹体剩余速度随着平均骨料粒径与弹直径之比的增大而减小，峰值加速度随着平均骨料粒径与弹直径之比的增大而增加。
　　 ⑷基于三维随机骨料模型对碎石混凝土侵彻问题进行了研究。通过大量的数值试验，对靶体内骨料分布、砂浆强度、骨料强度等因素对弹侵彻靶体的影响进行了分析，得出相同撞击速度下，弹剩余速度和峰值加速度与砂浆强度呈线性变化关系，剩余速度随着砂浆强度的增加而降低，峰值加速度随着砂浆强度的增加而增加；相同撞击速度下，弹剩余速度和峰值加速度与骨料强度呈线性变化关系，剩余速度随着骨料强度的增加而降低，峰值加速度随着骨料强度的增加而增加。