混凝土HJC动态本构模型的研究

摘要

近几年来，国内外很多学者对混凝土在高压、高应变率及大变形条件下的动态响应问题作了大量的研究。随着现代数值分析技术特别是有限元分析技术及高速计算机的飞速发展，运用计算机对混凝土的冲击问题进行数值模拟分析已经得到广泛的应用。 本文首先介绍了混凝土动态压缩力学性能方面的有关研究进展，并对SHPB试验技术和试验原理、以及有限元理论和数值模拟方法进行了简单的叙述。 本文的重点之一是运用显式非线性动力分析软件LS-DYNA，选用Holmquist-Johnson-Cook(简称HJC)动态本构模型对混凝土SHPB试验进行了一系列的数值模拟，对HJC模型的屈服面方程、损伤机理、材料参数以及失效类型fs进行了分析，从而对HJC动态本构模型的理论框架以及材料参数的力学特点有了一个清晰的认识。 本文的另外一个重点是利用HJC模型拟合实际混凝土冲击压缩实验结果，最终得到了对C60VO系列混凝土在不同应变率作用下进行数值模拟时的HJC模型的材料参数，同时归纳出了HJC模型材料参数的确定方法，并结合实验入射波、反射波和透射波形状与数值模拟对比验证了模拟精度。

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致谢

第一章绪论

1.1混凝土材料动态压缩力学性能的研究进展

1.2混凝土动态损伤本构模型的进展

1.3本文工作的主要内容

第二章SHPB实验技术和数值模拟方法

2.1 SHPB实验技术

2.1.1 SHPB实验装置

2.1.2 SHPB实验工作原理

2.2 SHPB实验数值模拟方法

2.2.1数值模拟平台—ANSYS／LS-DYNA有限元软件简介

2.2.2 ANSYS／LS-DYNA程序系统的求解步骤

2.2.3显示时间积分法

2.2.4动态接触算法

2.3本章小结

第三章HJC动态损伤本构模型的研究和探讨

3.1 HJC模型和材料参数

3.1.1 Holmquist-Johnson-Cook模型简介

3.1.2 HJC模型参数的初步分析

3.2 HJC模型本构的研究

3.2.1 SHPB有限元模型

3.2.2选取合适的网格

3.2.3线弹性段分析

3.2.4屈服面的研究

3.2.5相关塑性理论的验证

3.3 HJC模型部分材料参数的研究

3.3.1归一化的参数A、B

3.3.2压力硬化指数N

3.3.3应变率系数C

3.3.4参数k1、k2、k3

3.4 HJC模型失效准则的探讨

3.4.1失效类型参数fs

3.4.2侵蚀失效准则

3.5本章小结

第四章HJC模型拟合混凝土实际冲击压缩实验结果

4.1混凝土SHPBB冲击压缩实验

4.2数值模拟

4.2.1有限元模型

4.2.2加载及数据处理

4.2.3采用HJC模型原始参数模拟结果

4.2.4 HJC模型材料参数的确定方法

4.3拟合C60V0系列混凝土实际冲击压缩实验结果

4.3.1确定部分基本材料参数

4.3.2调整材料参数

4.3.3拟合其余两个应变率作用下实际冲击压缩实验结果

4.3.4数值模拟精度

4.4本章小结

第五章全文工作总结与展望

5.1全文主要工作总结

5.2今后工作展望

参考文献