《強動載荷下混凝土新的3D細觀力學模型研究》是依託中國科學技術大學，由文鶴鳴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強動載荷下混凝土新的3D細觀力學模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：文鶴鳴
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
混凝土作為一種建築材料在國防和土木工程中得到了廣泛的套用，研究混凝土在強動載荷下（如高速侵徹或爆炸）的回響和破壞問題對武器、防護結構的設計和評估具有重要意義。本項目擬建立混凝土新的3D細觀力學模型和構建一個不僅考慮各種因素的影響而且方便計算套用的混凝土動態本構模型來研究混凝土在衝擊載荷下的回響和破壞。主要研究內容如下：（1）利用基骨料向外隨機延拓的方法生成骨料形狀不同的3D兩相混凝土細觀力學模型；（2）在兩相模型的基礎上利用單元重構的方法在骨料和基體之間創建ITZ層單元獲得3D三相混凝土細觀力學模型；（3）建立考慮各種因素的混凝土本構模型；（4）利用新建的細觀力學模型和本構關係研究混凝土抗侵徹和抗爆炸能力以及破壞形貌；（5）通過實驗驗證細觀力學模型和本構模型的正確性。
結題摘要
混凝土作為一種建築材料在國防和土木工程中得到了廣泛的套用，研究混凝土在強動載荷下（如衝擊或爆炸）的回響和破壞問題對武器、防護結構的設計和評估具有重要意義。本項目建立了混凝土新的3D細觀力學模型並構建了考慮各種因素的影響的混凝土動態計算本構模型來研究混凝土在強動載荷下的回響和破壞。主要創新性研究成果如下：(1) 建立了混凝土新的3D細觀力學模型。其中骨料分為球形骨料或不規則(凸多面體)骨料，利用單元重構技術和3D殼單元構建界面過渡區（ITZ層）；(2) 構建了混凝土動態計算本構模型。該模型主要包括孔隙狀態方程和強度面，考慮了壓力相關性、剪下和拉伸損傷、Lode角效應、應變率效應和自由水效應等主要因素；(3) 利用研發的混凝土新的3D細觀力學模型和開發的混凝土動態計算本構模型數值模擬了相關混凝土結構衝擊實驗。結果表明：數值模擬得到的結果和實驗觀察吻合得較好。(4) 首次設計並進行了鋼筋混凝土結構的尺度效應抗爆實驗。試件選擇梁、板、柱三種，每種三個尺寸，嚴格按照1:2:3的尺度比例（包括結構、骨料和鋼筋尺寸）進行縮放設計。並利用所開發的混凝土動態計算本構模型數值模擬了對應混凝土爆炸實驗。實驗結果表明：在實驗參數範圍內，鋼筋混凝土結構在爆炸載荷作用下的回響和破壞有一定的尺度效應，大尺寸試件破壞較小尺寸嚴重；數值模擬結果表明：利用所開發的混凝土動態計算本構模型模擬所得的結果與實驗觀察吻合得很好，且能預測鋼筋混凝土結構在爆炸載荷作用下所觀察到的尺度效應，從而進一步驗證了模型的準確性。
