几种常用混凝土动态损伤本构模型评述

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发布时间：2021-09-26

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几种常用混凝土动态损伤本构模型评述
李世民，李晓军
(总参工程兵科研三所，河南洛阳 471023)
摘要：描述了混凝土抗冲击数值模拟中常用的几种混凝土动态损伤本构模型，包括 HJC、RHT、LLNL、Marlvar及 TCK本构模型。在此
基础上，从动力本构模型的极限面定义、损伤定义、状态方程、应变率强化效应及模型参数标定方面综合分析和评述了各本构模型。对于混
凝土抗冲击问题的数值模拟及混凝土动态损伤本构研究具有参考意义
关键词：混凝土；冲击；损伤；动态本构模型
中图分类号： TU528．Ol 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201 I)06—0019一O4
Review on current dynam ic dam age constitutive m odels of concrete
LI shi—mm．L1Xiao~un
(TheThirdResearchInstitute ofEngineersofGeneral Staff，Luoyang471023，China)
Abstract： The current dynamic dam age constitutive models for numerical simulation of shocked concrete are descried in detail，including HJC ，
RHT，LLNL，M arlvar，and TCK constitutive models．Th eses constitutive models arc reviewed from limit surfaces definition，damage definition，
state equation，strain rate enhancement and model parameters’calibration．It have reference value for the num erical simulation of shocked concrete
and the research ofdynamic damage constitutive models ofconcrete
Key w ords： concrete；shock；damage；dynamic constitutive model
O 引言
混凝土是丁程建造中最广泛使用的工程材料。近年来，武器
的发展和lT程防护的需要快速推动了混凝土抗冲击问题的研
究。数值模拟分析一直是研究混凝土抗冲击的一种重要方法。
另一方面，损伤型动力本构模型因其概念明确，考虑问题全面，
能较好描述混凝土动力行为，而在数值计算中被广泛使用。然而，
损伤型动态本构通常较复杂，研究人员必须首先理解这些本构
模型，熟悉其适用条件、参数物理意义，并输入正确的参数值。
目前，较常用的混凝土动态损伤本构模型主要有 HJC、RHT、
LLNL、Malvar、TCK等本构模型。本研究介绍、分析和综合评述
了这几种混凝土动态损伤本构模型，对于混凝土抗冲击问题的
数值模拟及混凝土动态损伤本构研究具有参考意义。
1 常用混凝土动态损伤本构模型简述
1．1 HlC 本构模型
HJC本构模型是 Homquist[ 】等在第 l4届国际弹道会议上
报道的。该模型的等效屈服强度是压力、应变率及损伤的函数；
其损伤积累是塑性体积应变、等效塑性应变及压力的函数；而压
力是体积应变(包括永久压垮状态 )的函数(图 1 o
HJC模型的等效屈服强度为：
’
= (1一D)+曰 l、](1+Clnk ) (1)
式中：f， ——量纲一化的等效强度， = ，且 ‘≤s一；
— — 真实等效强度；
收稿日期：20lO—ll一29
基金项目：国家门然科学基金(10772199)
— — 准静态单轴抗压强度；
S ——量纲一化的最大等效屈服强度；
一一量纲一化的压力， =P ；
尸——真实压力；
毒 ——等效应变率， =k／k。；
— — 真实应变率；
— — 参考应变率，1．0 s ；
D——损伤因子 (O≤D≤1．0)；
— — 量纲一化的内聚强度；
— — 量纲一化的压力硬化系数；
Ⅳ——压力硬化指数；
C——应变率系数。
损伤因子 D由等效塑性应变和塑性体积应变累加得到：
D= (Aep+△ )／(s ) (2)
式中：△￡。——等效塑性应变增量；
△ ——塑性体积应变增量；
s —— 常压 P作用下材料破碎时的塑性应变和塑性
体积应变。
由塑性体积应变引起的损伤包含在式(2)中。大多数情况下，
损伤的主要部分是由等效塑性应变引起的。
HJC模型的状态方程 ( 关系 )将混凝土压缩和拉伸分
开考虑。压缩阶段分为 3个区，即线弹性区，塑性过渡区，完全
密实材料区；拉伸阶段仅有考虑了损伤因子的线弹性区