钢筋混凝土靶板在冲击或爆炸载荷作用下响应的数值模拟研究

摘要

钢筋混凝土是防护工程和重要军事设施的最常用建筑材料，研究钢筋混凝土在冲击(侵彻)或爆炸载荷作用下的动态响应具有十分重要的理论和现实的意义。在本文中，我们利用有限元分析程序对钢筋混凝土板在卵形弹丸侵彻或爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值模拟研究。
　　 论文首先通过对国内外各种混凝土模型和数值模拟方法的历史与现状进行调研，选择适用于大应变、高应变率和高压条件下的Holmqust-Johnson-Cook(HJC)混凝土本构模型进行侵彻和爆炸的数值模拟。
　　 其次，对钢筋混凝土靶板在卵形弹丸撞击下的侵彻和穿透进行了有限元(FE)数值模拟，并与用靶体响应力函数的方法所得到的结果进行了比较。经过对比我们发现，采用两种方法得到的弹道极限、残余速度以及侵彻深度一致性较好，并且均同实验结果比较吻合。但是两种方法所得到的弹体等效应力以及等效应变分布有较大的差距，而两者的差距主要在弹头部位，采用靶板FE模型得到的弹头部分的应力值和应变值都远远大于采用力函数法的结果。
　　 最后，采用LS-DYNA的流固耦合算法对炸药在钢筋混凝土靶板近场爆炸的过程进行了数值模拟，再现了炸药爆炸后，冲击波的传播过程以及混凝土的破坏情况。数值模拟得到的压力-时程曲线与典型的经验公式计算结果吻合良好，混凝土靶中的破坏特征也与实验现象具有良好的一致性。
　　 本文的研究结果表明：采用数值模拟方法能够很好的反映出混凝土在侵彻或爆炸载荷下的破坏形态，并且与现有的试验数据基本吻合。由此可见，利用数值模拟方法研究动能弹侵彻和爆炸冲击问题可以达到较好的精度，是一种切实可行的手段，本文可为进一步的深入研究和工程计算提供参考。但要使结果更加符合实际情况，还需要进一步完善混凝土材料本构模型以及相应的破坏准则。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1问题的提出及意义

1.2混凝土侵彻的国内外研究进展

1.3混凝土爆炸的国内外研究进展

1.4混凝土动态响应研究方法

1.4.1经验公式法

1.4.2理论分析法

1.4.3数值模拟法

1.5本文主要研究内容

第二章 钢筋混凝土有限元分析的基本理论

2.1钢筋混凝土有限元分析的基本原理

2.2钢筋混凝土结构有限元分析模型

2.2.1分离式模型

2.2.2组合式模型

2.2.3整体式模型

2.2.4三种模型的比较

2.3混凝土的动态本构关系

2.4普通钢筋的本构关系

2.5本章小结

第三章 冲击载荷作用下钢筋混凝土靶板响应的数值模拟

3.1引言

3.2卵形弹贯穿混凝土数值模拟

3.2.1有限元模型的建立

3.2.2计算结果及其讨论

3.2.3钢筋对侵彻结果的影响

3.2.4采用靶体响应力函数的计算结果

3.3卵形弹侵彻半无限混凝土靶的数值模拟

3.3.1有限元模型的建立

3.3.2垂直正侵彻的计算结果

3.3.3 3°偏航角侵彻的计算结果

3.3.4 总结与讨论

3.4本章小结

第四章 爆炸载荷作用下钢筋混凝土靶板响应的数值模拟

4.1引言

4.2爆炸模拟计算方法

4.2.1 ALE方法

4.2.2炸药爆炸过程的模拟方法

4.3 有限元模型的建立

4.3.1实体模型及其离散

4.3.2接触及边界条件

4.3.3材料模型及其参数

4.4数值模拟结果及讨论

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

致谢