项目名称: 混凝土材料损伤演化方程、含损伤动态本构关系及其抗侵彻破坏机理的多尺度研究

项目编号: No.11472008

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 高光发

作者单位: 南京理工大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 以混凝土材料为研究对象,通过静动态实验、侵彻实验、宏细观数值仿真、细观尺度检测和理论分析相结合,多尺度系统地研究混凝土材料的损伤演化机制及其抗侵彻规律与机理。建立骨料-水泥砂浆-微孔洞三维随机化数值模型,对冲击作用下材料中损伤演化过程进行细观尺度数值仿真,结合对破坏断面的实验观察,建立其压剪耦合型、拉伸型损伤演化方程与破坏准则,揭示骨料对损伤演化过程的影响规律。开展材料静动态力学性能实验及其对应的细观尺度数值仿真,揭示骨料、水泥砂浆与混凝土材料动态力学性能之间的内在关联,建立适用于高速侵彻分析的含损伤动态本构模型。开展侵彻实验,结合宏观尺度数值仿真,探讨混凝土材料的抗侵彻规律;开展细观尺度数值仿真,分析骨料对侵彻破坏过程的影响规律与机制,进一步揭示混凝土材料抗侵彻规律与机理,发展新型侵彻模型。该研究将发展材料含损伤本构关系理论,并为国防工程中混凝土工事和钻地武器的设计提供有价值的科学依据。

中文关键词: 混凝土;损伤演化;动态本构关系;高速侵彻;多尺度分析

英文摘要: By combining static/dynamic mechanical tests, penetration experiments, detection on meso-scale, theoretical analyses and multi-scale numerical simulations, research on the damage evolution mechanism and anti-penetration rules and its mechanism for concrete will be conducted on multiple scales. The randomized three-dimensional numerical models of aggregate-cement mortar-microvoid for concrete will be built, and the numerical simulations on meso-scale for the process of the damage evolving in concrete under the impact loadings will be conducted. Based on the simulation results and the experimental observation on the failure sections, the compression/ shear coupled damage evolution equation and tensile damage evolution equation for concrete will be established, and the influence rules of the mechanical property and sizes of the aggregate on the process of damage evolving will be revealed. Based on the tests for the static/dynamic mechanical properties and corresponding numerical simulations on meso-scale, the influence rules of the mechanical property of aggregate and cement mortar on that of concrete and the intrinsic correlation between them will be revealed, and the dynamic damage constitutive model for concrete applied to high velocity penetration will be developed. Based on the penetration experiments and the corresponding numerical simulations on macro-scale, the anti-penetration rules of concrete will be discussed. Based on the corresponding numerical simulations on meso-scale, the influence rules of the mechanical property and sizes of the aggregate on the process of penetrating will be revealed, and the anti-penetration rules and its mechanism for concrete will be revealed further. A new engineering model for the anti-penetration of concrete will be developed. The study will develop the damage constitutive theory. Research results can provide a scientific basis to improve the anti-penetration performance of the concrete which has an important application value in the protection works and can provide a scientific guidance on the optimized design of earth-penetrating weapons.

英文关键词: Concrete;Damage evolution;Dynamic constitutive relation;High velocity penetration;Multi-scale analyses

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