材料的动态损伤

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高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为

高应变率下材料的动态本构行为是材料科学和工程领域的重要研究方向之一。

在高速冲击、爆炸冲击、汽车碰撞等特殊工况下，材料会受到极大的应变率影响，因此需要对材料的动态本构行为进行深入研究。

本文将重点讨论高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为，并探讨其影响因素和研究方法。

1. 高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为的定义材料在高应变率下的动态本构行为指的是材料在极短时间内受到极大应变率作用时的力学响应特性。

在这种特殊条件下，材料的变形、破坏和能量吸收等行为都会发生明显变化。

而计及损伤演化的动态本构行为则是指在高应变率条件下考虑材料内部微观损伤演化对材料宏观力学性能影响的研究内容。

这种研究对于了解材料在特殊工况下的力学性能以及设计相应的工程结构具有重要意义。

2. 影响高应变率下材料动态本构行为的因素在高应变率下，材料的动态本构行为受到多种因素的影响，主要包括材料结构、应变速率、温度等因素。

材料的结构特征对其动态本构行为有着重要影响。

晶粒大小、晶界特性、组织形貌等都会对材料的动态响应产生影响。

应变速率是影响材料动态本构行为的重要因素之一。

随着应变速率的增大，材料的变形行为会有明显的变化，所以需要考虑速率效应对材料性能的影响。

温度对材料的动态本构行为也具有重要影响，温度升高会对材料的塑性行为、断裂行为产生影响，因此需要考虑温度效应对材料性能的影响。

3. 高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为的研究方法针对高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为，人们提出了多种研究方法和测试技术。

其中，使用高速冲击试验是常用的研究方法之一。

通过高速冲击试验可以模拟高速碰撞等工况下材料的动态响应情况，得到材料的动态力学性能参数。

还可以使用光学显微镜、电子显微镜等对材料的微观结构进行观察，研究材料的微观损伤演化情况，从而深入了解材料的动态本构行为。

4. 研究现状及发展趋势目前，针对高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为的研究已取得了一定的进展。

损伤和断裂力学

式中积分符号前的2代表裂纹扩展在两端同时发生。因a＞a0，所以恒载荷下Griffith裂纹一旦扩展，就不可能停止。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
裂纹止裂的方法
图6-2 平面黏结高模量平板（提高R）
图6-3 铆接同样材料的加筋板（降低G)
使用上述两种阻止裂纹扩展的方法必须考虑具体情况。因为焊接处和铆钉处容易产生裂纹源，如果是变动载荷或载荷方向有利于裂纹源扩展或萌生裂纹，则有可能阻止一个裂纹扩展，反而产生其它裂纹，可能得不偿失。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
裂纹扩展类型
裂纹扩展可分为失稳扩展和亚临界裂纹扩展两种。失稳扩展意味着最后的破坏，亚临界裂纹扩展则不然，若把导致裂纹扩展的原因去除，则亚临界裂纹扩展可以很快地停止。亚临界裂纹扩展可依载荷种类和环境介质而分为蠕变裂纹扩展、机械疲劳裂纹扩展、应力腐蚀裂纹扩展和腐蚀疲劳裂纹扩展四种.
400
0.37
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
如果材料韧度高些，则 a/ vs 值将小些。以一般常用钢管为例，其强度较低，但韧性高，a/ vs 值大约0.04，
相当于 a有200米以上的扩展率。失稳断裂时间要是有
0.1秒，那么钢管裂纹至少可扩展到20米，破坏是非常严重的。若是钢发生脆性断裂，例如极寒带的天然气管道，一旦破裂，一秒即可形成长达数百米至一千米的裂纹。因此，在设计时要采取加固和止裂的措施；在选材时，也要选用具有较好止裂性能的钢材。
裂纹扩展速度，主要取决于裂纹的动能
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
裂纹扩展动能
讨论单位厚度的平板。当裂纹失稳扩展时，如果无
其它能量消耗，在裂纹长度变量为a时，一个裂端的动

超高性能混凝土(UHPC)动态损伤机理综述

2021 No.4April2021年第4期4月混凝土与水泥制品CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 超高性能混凝土 (UHPC 冤动态损伤机理综述吴永魁，姚一鸣(东南大学土木工程学院，江苏南京210000)摘要：总结分析了超高性能混凝土(UHPC )现有研究成果，综述了其超高性能机理、单调拉伸和循环荷载下的本构关系、低周期疲劳状态下的损伤过程及微观损伤机理等，并对未来的研究方向提出了建议。

关键词：超高性能混凝土；协同效应；本构关系；微观机理中图分类号:TU528.31文献标识码:A doi:10.19761/j.1000-4637.2021.04.001.06Review of Dynamic Damage Mechanism of Ultra-high Performance ConcreteWU Yong-kui, YA O Yi-ming(School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210000, China)Abstract: Based on the summary and analysis of the research works of UHPC, the ultra -high performancemechanism of UHPC, the constitutive relation under monotone tensile and cyclic loads, the damage process under lowcycle fatigue and the microscopic damage mechanism were summarized. Some suggestions for the future research direction were also provided.Key words: Ultra-high performance concrete; Synergistic effect; Constitutive relation; Microscopic mechanism0前言普通混凝土脆性大、抗拉强度低，尤其是在动态荷载下抗裂性能差，难以满足当今建筑对安全性及耐久性的要求。

岩土类材料的损伤本构模型及其在冲击动力学问题中的应用

岩土类材料的损伤本构模型及其在冲击动力学问题中的应用岩石、混凝土材料等非均匀和各向异性材料的动态本构和冲击损伤破坏规律的研究,是现阶段冲击动力学领域的重要的科学问题之一。

这一科学问题的研究对材料变形损伤破坏的非线性效应、应变率效应的耦合表征提出了新的挑战。

本文首先对岩土材料本构模型的研究概况和进展进行了较为全面、系统的回顾和总结。

对现有的主要的冲击载荷下的动态损伤模型进行了较系统的评述和比较,并对当前的研究热点及趋势作了讨论。

在此基础上,阐述了解决本课题理论问题的思路和方法。

岩土类材料的重要特征是其静压相关塑性屈服行为,本文在静水压相关的广义热粘塑性本构的理论框架下,从修正Drucker公设和应力空间中的屈服函数出发,以材料本构关系的内变量理论为工具,推导并建立了一般形式的,特别是静水压相关的热塑性和热粘塑性增量型本构关系的普适形式,其所得到的本构关系可以包含各种内变量硬（软）化行为、应变率硬（软）化行为、损伤软化、温度软化行为以及相互间的耦合作用。

所给出的本构关系是以应力屈服面为基础的,具有普适性;对任何动态程序都特别适用和方便,易于嵌入到损伤材料的冲击动力学数值计算程序,具有很强的实用性。

考虑到应用的重要性,文中特别给出了若干常用的岩土本构模型的增量本构关系计算公式和流程。

在较详细地论述了分形、分形维数概念及分形测量方法的基础上,将之与岩土材料损伤破坏所具有的分形特点相联系,尝试性地将分形几何引入到岩土材料损伤定义,详细地推导了岩土材料的拉伸状态下损伤演化方程。

其损伤演化方程中,分形维数及其与损伤能量耗散率的关系的引入,不仅解决了损伤的确定问题,减少了损伤模型中的所涉及的岩土特性参数,而且新构造的分形损伤模型可计及岩土的天然损伤影响和应力波传播过程中引起的裂纹扩展效应新进展。

以岩土损伤分形本构模型的研究成果为基础,由岩石损伤分形维数和能量耗散率之间的关系,建立了拉压两种不同状态下的损伤演化方程,并以等效模量理论为基础建立了岩土材料含损伤的动态本构关系;利用本文所建立的含损伤本构模型,采用有限差分方法对砂岩冲击载荷下一维应变波传播问题进行了数值模拟,得到了应力波传播过程中,应力、分形维数、裂纹密度及损伤等量得演化规律,其结果对工程应用有指导意义。

混凝土静力与动力损伤本构模型研究进展述评

混凝土静力与动力损伤本构模型研究进展述评混凝土静力损伤本构模型主要研究混凝土在长期外力作用下所产生的损伤。

该模型是通过研究混凝土的各种物理、力学性质和损伤特性，建立混凝土的本构模型，以预测混凝土在外力作用下的力学响应。

静力损伤本构模型的研究重点在于如何描述混凝土在长期力学载荷下的损伤累积效应。

常见的静力损伤本构模型有Kachanov-Rabotnov模型、Modified-Kachanov-Rabotnov模型和Nakamura模型等。

这些模型均是基于破裂力学理论和实验结果建立的，在工程领域得到广泛应用。

总体上说，混凝土静力损伤本构模型和混凝土动力损伤本构模型的研究都是为了更好地预测和模拟混凝土在不同载荷作用下的力学响应，进而更好地评估和控制工程结构的损伤和破坏。

这些模型的研究，对于提高工程结构的安全可靠性和延长使用寿命具有重要意义。

目前这些混凝土损伤本构模型仍面临一些挑战和亟待解决的问题。

现有的模型大多基于理论推导和实验数据，缺少考虑材料微结构和内部缺陷对混凝土力学响应的影响以及不同外界环境条件下混凝土力学响应的变化规律。

今后需要进一步深入研究混凝土的微观结构和内部缺陷对力学响应的影响，在此基础上修正和完善损伤本构模型，提高其适用性和准确性。

由于混凝土在不同工程结构中的应用要求和环境条件存在巨大差异，因此需要基于工程实际情况进行本构模型的有效性验证和改进。

应进一步推广高性能混凝土等新型材料的应用，探索建立适合其力学响应特性的新型损伤本构模型，为未来工程结构的设计和施工提供更好的支持。

混凝土材料具有一定的弹性和塑性。

在外界力学载荷作用下，会产生不同程度的损伤和变形。

特别是超出材料界限时，混凝土会失去刚性，变得越来越脆弱。

在进行混凝土损伤本构模型研究时，对于混凝土的断裂特性和损伤行为的研究也非常重要。

静力损伤本构模型是针对混凝土在长期外力作用下所产生的损伤进行研究的。

这种损伤模式主要是由于混凝土在受力过程中会出现隐蔽的微裂缝，从而导致材料的内部结构发生改变。

材料失效准则的定义

有些材料类型中有关于失效准则的定义，但是也有些材料类型没有失效准则的材料类型，这时需要额外的失效准则定义，与材料参数一块定义材料特性。

需要用到*mat_add_erosion关键字，对于这个关键字有几个需要注意的地方。

1、材料的通用性破坏准则：`材料通常为拉破坏或者剪切破坏，静水压是以压为正，拉为负，所以静水压破坏就是给出最小的承受压力，当然需要小于0（即拉力），如果静水压小于该值，则材料破坏。

相反，应力则是以压为负，拉为正，故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限，当然大于0，如果拉应力大于该值，则材料破坏，无论是*MAT_ADD_EROSION，还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件，都遵循以上准则。

注意：屈服不是失效。

2、单元失效模拟的功能与目的单元删除功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法，由于有限元本身是基于连续介质力学的，而在连续介质力学中，所研究的物体需要是连续的，既物质域在空间中连续。

在这样的理论假设框架下，单元本身是不会消失的。

然而在实际情况下，由于损伤断裂的存在，势必会使得一些单元消失或者完全的失效，所以为了能够模拟这种情况，DYNA 提供了单元失效功能。

破坏、失效、断裂，都是工程性的概念，它表示在达到某一准则后，结构、构件、或者构件中的某一部分，从结构中退出工作，不再影响整体结构的受力。

而从有限元概念上说，对上述机制的模拟，基本手段都是一样的，就是当满足某一指标（比如某个应变大小）后，将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零（或者非常接近与零），这样它在整体结构计算中就不再发挥作用，进而实现了退出工作机制的模拟。

所以，无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点，或者结构中的某个单元，让其不再参与整体结构计算，都可以达到模拟破坏退出工作的目的。

而所谓单元生死技术，是上述基本概念在有限元程序中的一个“打包”应用。

非线性动力损伤力学理论及其数值分析模型

非线性动力损伤力学理论及其数值分析模型一、本文概述本文旨在深入探讨非线性动力损伤力学理论及其数值分析模型，分析其在工程结构损伤演化与破坏过程中的重要作用。

随着科技的不断进步，对材料在复杂动力环境下的响应行为及损伤演化规律的理解需求日益增强。

非线性动力损伤力学理论正是为满足这一需求而发展起来的重要学科分支，它综合考虑了材料的非线性特性、动力效应以及损伤演化过程，为预测和防止结构破坏提供了理论基础。

本文将首先回顾非线性动力损伤力学的发展历程和基本原理，阐述其相较于传统线性理论的独特优势。

接着，重点介绍几种典型的非线性动力损伤力学模型，包括其构建方法、主要特点和适用范围。

在此基础上，本文将深入探讨数值分析模型在非线性动力损伤力学中的应用，包括离散化方法、求解算法以及相关的软件工具。

本文还将关注非线性动力损伤力学在工程实际中的应用案例，分析其在预测结构损伤和破坏过程中的实际效果。

对非线性动力损伤力学领域未来的发展趋势和挑战进行展望，以期为该领域的深入研究和实践应用提供参考和启示。

二、非线性动力损伤力学的基本理论非线性动力损伤力学是固体力学的一个新兴分支，主要研究材料在高速、大变形和复杂应力状态下的损伤演化规律。

其基本理论涵盖了损伤变量的定义、损伤演化的本构方程、损伤与变形的耦合关系以及损伤诱发的材料性能退化等方面。

损伤变量是描述材料内部损伤状态的关键参数，通常与材料的微观结构变化、内部缺陷的扩展和累积有关。

根据损伤的类型和机制，损伤变量可以是标量、矢量或张量形式。

这些变量不仅反映了材料的当前损伤状态，还决定了其后续的力学行为。

损伤演化的本构方程是非线性动力损伤力学的核心。

它建立了损伤变量与应力、应变等力学变量之间的关系，描述了材料在受力过程中的损伤积累和发展规律。

这些方程通常包含损伤变量的演化速率、应力状态和材料的本征属性等参数，形式复杂且高度非线性。

损伤与变形的耦合关系是非线性动力损伤力学的另一个重要方面。

聊聊动态强度和损伤演化

聊聊动态强度和损伤演化王礼立;胡时胜;杨黎明;董新龙;王晖【摘要】材料强度在传统上常理解为材料在外载荷下抵抗流动/变形和破断的能力.由流变阶段到貌似突发的破断,其实源于一个隐含的应变率/时间相关的损伤演化过程.动态损伤演化研究的难点在于损伤与流变总是耦合在一起发展的.研究发现,热激活损伤演化模型可成功描述材料宏观损伤的动态演化.在此基础上,从实测的含损伤演化的表观应力应变曲线,可将两者解耦分开,并可确定各自相关的材料参数.这一思路可推广到中医脉诊的客观化研究,通过脉搏波信息定量反演脉搏波系统的正常及病态本构关系,可诊断生命体偏离正常状态的程度(病情),这可视为一种广义的损伤演化和强度问题.上述思路还可推广到地震预报研究,即“对地球把脉”.与加卸载响应比理论相结合,通过相邻3处的地震波信息来反演地球相关板块含损伤演化的非线性载荷-响应曲线,再区分出损伤演化程度,将有利于改进地震预报,这可视为另一种广义的损伤演化和强度问题.%The strength of a material is traditionally understood as its ability to resist flow/deformation and breakage (brittle fracture or ductile rupture) under applied load.The breakage,though looking like an abrupt occurrence,actually results from a strain-rate/time dependent process of damage evolution.The difficulty in studying dynamic damage evolution lies in that the damage evolution and theflow/deformation process are coupled and influence each other.It was found that the dynamic evolution of macro-damage could be successfully described by the thermo-activated damage evolution model.Based on this model,the damage evolution and the flow/deformation can be decoupled from the experimentally measured apparent stress-strain curve withdamage evolution,and the related material parameters can be determined.Such an approach is then generalized to the objective study of the TCM pulse.The normal and pathological constitutive relations of the pulse wave system can be inversely determined by pulse wave signals,and then the degree of deviation from the normal condition (illness state) of patients can be diagnosed,and their illness state can be regarded as a kind of generalized damage.The same approach is further generalized to the study of earthquake prediction through the'pulse-taking for theearth'.Combined with the load-unload response ratio theory,by measuring the seismic wave signals on three adjacent positions,the nonlinear constitutive load-response curve with damage evolution can be inversely determined for the tectonic plates of the earth concerned,then the degree of the damage can be finally discriminated,which is the key information for an improved earthquake prediction.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】11页(P169-179)【关键词】动态强度;损伤演化;材料动力学;脉搏波;地震预报【作者】王礼立;胡时胜;杨黎明;董新龙;王晖【作者单位】宁波大学省部共建教育部冲击与安全工程重点实验室,浙江宁波315211;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥230027;宁波大学省部共建教育部冲击与安全工程重点实验室,浙江宁波315211;宁波大学省部共建教育部冲击与安全工程重点实验室,浙江宁波315211;宁波市中医医院王晖工作室,浙江宁波315000【正文语种】中文【中图分类】O347固体的强度和流体的湍流常常并列为力学研究中的两大经典难题。

损伤力学_??????

（2.1.2）
25
2.1 一维损伤状态的描述
连续度是单调减小的，假设当达到某一临界值 c 时，材料发生断裂，于是材料的破坏条件表示为
c
（2.1.3）
Kachonov取 c=0 ，但试验表明对于大部分金属材料 0.2c0.8。
10:16
26
2.1 一维损伤状态的描述
第二种定义（Rabotnov损伤变量） 1963年，著名力学家Rabotnov同样在研究金属的蠕变本构方程问题时建议
10:16
21
2.1 一维损伤状态的描述
这里介绍4种早期损伤变量的引入方式。所有损伤变量的引入方式，都是基于简单拉伸模型：
图 2.1
10:16
22
2.1 一维损伤状态的描述
第一种定义（Kachanov损伤变量）
1958年，Kachanov提出用连续度的概念来描述材料的逐渐衰变。从而，材料中复杂的、离散的衰坏耗散过程得以用一个简单的连续变量来模拟。这样处理，虽然一定程度上牺牲了材料行为模拟的准确性，但却换来了计算的简便，更为重要的是，Kachanov损伤理论推动了损伤力学的建立和发展，此后众多的损伤模型的形成都不同程度上借鉴了Kachanov损伤模型的思想。
28
2.1 一维损伤状态的描述
第三种定义在Kachanov连续度概念的基础上，有的学者这样引入损伤变量
1 1
1
（2.1.7）
相应地，有效应力为
（2.1.8）
10:16
29
2.1 一维损伤状态的描述
第四种定义（Broberg损伤变量）
Broberg将损伤变量定义为
相应地有效应力为
图 2.1
A
A
10:16

应变速率对拉伸强度的影响

应变速率对拉伸强度的影响主要表现在以下几个方面：
1. 加速拉伸：随着应变速率的增加，材料的拉伸强度通常也会增加。

这是因为应变速率的增加意味着在更短的时间内发生更大的变形，这会导致材料内部的位错密度增加，从而增强材料的强度。

2. 延迟断裂：在某些情况下，当应变速率过高时，材料的拉伸强度可能会降低。

这是因为过高的应变速率可能导致材料内部产生微裂纹或发生其他形式的损伤，这些裂纹或损伤在拉伸过程中会迅速扩展，从而导致材料断裂。

3. 动态应变时效：在某些合金中，当应变速率足够高时，材料内部的析出相会在应变作用下重新排列或发生相变，这会改变材料的拉伸强度。

这种效应通常表现为材料的屈服强度随应变速率的增加而增加。

4. 应变速率敏感系数：通过引入应变速率敏感系数，可以描述材料在动态加载下的力学行为。

该系数定义为材料屈服强度对应变速率的导数，用于描述材料在动态拉伸过程中强度的变化情况。

综上所述，应变速率对拉伸强度的影响是复杂的，与材料的种类、微观结构和加载条件等多种因素有关。

在实际应用中，需要综合考虑这些因素，以选择合适的材料和工艺参数来满
足特定条件下的拉伸强度要求。

地震作用下钢结构损伤过程数值模拟_段红霞

性硬化参数，还是随动硬化参数，难以真正通过试
验来测定，这时可以利用这些材料已有的常规试验
数据，比如对称应变循环试验数据、半循环应力-
应变数据、稳定循环应力-应变数据等，对这些数据
进行处理或通过计算模拟来获得所需用值。
在弹塑性损伤模型实际应用时，首先要判断损
伤的出现。塑性变形发展到一定阶段，微孔洞、微
裂纹不断累积，当满足下列准则时，认为结构出现
延性损伤[16]：
∫ ωD =
dε pl
ε
pl D
(η
,
ε
pl
)
=
1
(9)
式中： ωD 为损伤状态变量，随着塑性变形单调递
增；
ε
pl D
为延性损伤出现时的相当塑性应变，是三
轴应力度 η 和相当塑性应变率的函数，η = − p / q ，
摘要：采用弹塑性损伤本构模型，该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律，利用 ABAQUS 对一个 9 层钢结构在 EL-Centro 地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了数值模拟。结果表明，上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位。这与在 Northridge 地震中观测到的高层钢结构的地震损伤情况是一致的。关键词：地震荷载；钢结构；损伤演化；数值模拟；ABAQUS 中图分类号：TU393.2 文献标识码：A
李守巨(1960―)，男，辽宁人，教授，博士，从事工程力学和参数反演研究(E-mail: lishouju@)；刘迎曦(1944―)，男，四川人，教授，博士，从事有限元研究(E-mail: yxliu@).
工程力学
199
材的本构关系)，对结构的动力方程采用逐步积分的方法计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度、加速度、内力反应，从而可以分析结构在弹性和非弹性阶段的内力变化及构件破坏、直至倒塌的全过程。进行结构弹塑性地震反应分析的关键问题是建立循环荷载下精确的材料本构模型和计算模型。对于建筑用钢材，常用的本构模型有理想弹塑性模型、各向同性强化模型及随动强化模型。理想弹塑性模型无法描述材料的硬化特性，与材料的实验结果有一定偏差。同性强化理论允许屈服面膨胀、收缩，适用于单调加载，对于循环塑性，同性强化不能反映包辛格(Bauschinger)效应。随动强化理论假定屈服面在应力空间中可以平移，但不能转动、膨胀和收缩。随动强化理论比同性强化理论前进了一步，但随动强化只适应于小应变的情况。对复杂荷载历史工况，同性强化、随动强化都不能真实描述钢材的循环特性。由 Hodge 提出，并由 Axelsson 和 Samuelsson[1]进一步发展的混合强化模型将各向同性强化和随动强化结合起来，屈服面既能膨胀(收缩)又能平移，可考虑钢材的包辛格(Bauschinger)效应和屈服平台，模型简单而实用。许红胜介绍了一种新的双曲面混合模型，对非比例加载有良好的适用性，可用于钢结构在复杂动力荷载作用下的塑性分析[2]。但是上述这些模型没有涉及到钢材损伤的影响，实际上原生材料就存在损伤[3]，随着荷载的循环作用，在材料中的微裂纹、微孔洞、剪切带等细观损伤萌生、串接、汇合、扩展，从而形成损伤的动态演化过程，直接影响着钢结构的性能。因此，要客观地描述建筑用钢材的循环本构关系，不可忽略损伤对材性的不可逆劣化影响[4―7]。郑宏提出了结构钢弹塑性各向异性损伤本构模型，采用非线性有限元方法，分析了箱形柱在单轴循环荷载作用下的滞回性能[8]。丁阳考虑了钢材的损伤累积效应和应变强化效应，应用塑性应变和能量耗散理论建立了钢材的损伤力学模型[9]。王连坤基于钢材各向同性塑性累积损伤本构关系，推导了考虑材料损伤和混合强化本构关系的弹塑性刚度矩阵，算例证明文中方法可以达到较高精度[10]。Mashayekhi 采用连续损伤本构模型，计算了带槽口矩形截面试件的损伤参数，并通过试验证明了该模型的有效性[11]。为了能够真实描述钢结构经受循环荷载时的损伤破坏特性，本文同时考虑了钢材的混合强化模型和损伤演化规律，利用高效有限元 ABAQUS 模拟了一个 9

爆炸荷载下刚

第 54 卷第 6 期2023 年 6 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.6Jun. 2023爆炸荷载下刚−柔耦合围岩支护结构二维平板动态损伤破坏特征试验研究杨荣周1, 2，徐颖1, 2，刘家兴2，丁进甫2，谢昊天2(1. 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽淮南，232001；2. 安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南，232001)摘要：为探究爆炸冲击荷载下以橡胶水泥砂浆(RCM)作为柔性吸能材料的“刚−柔耦合”围岩支护结构的动态稳定性，通过搭建二维平板爆炸冲击试验系统，开展单体平板试件在中心起爆方式下和组合体平板试件在偏心起爆方式下的单孔爆炸冲击荷载试验；并从炮孔动态膨胀响应特征、剥落区形成机理和爆生裂缝扩展机理3个方面，探究“刚−柔耦合”围岩支护结构二维平板试件的动态损伤破坏特征。

最后，从应力波传播和协调变形2个方面分析讨论“刚−柔耦合”围岩支护结构中多层材料间的耦合作用特征与围岩稳定性机理，进一步印证以RCM 作为柔性材料的“刚−柔耦合”围岩支护结构降低围岩及其支护结构动力损伤的潜力。

研究结果表明：随橡胶体积分数增大，平板试件整体的损伤破坏程度明显减小；尽管RCM 单体平板试件的爆后炮孔直径和剥落区面积因橡胶体积分数的增大而有所增大，但RCM 有效降低了组合体平板试件的爆后炮孔直径、剥落区面积和爆生裂缝总长度。

平板试件在爆炸冲击荷载作用下主要受到爆炸冲击波与爆轰气体的共同作用，尤其在底板对炮孔的封闭约束下，炮孔中也因爆炸能量的瞬间释放形成了向上的聚能射流效应，进一步导致了V 形爆坑剥落区的形成。

在同一起爆方向下，当橡胶体积分数为60%时， R-R-H 和H-R-R 的裂缝长度总和最小；在同一橡胶体积分数下，相比于H-R-R ，R-R-H 的裂缝长度总和最大降低了46.25%。

PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究

PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究随着现代高性能武器系统的飞速发展，弹药的安全性问题日益突出，新型常规武器对炸药装药的起爆性能提出了更高的要求。

高聚物粘结炸药（PBX）是一类具有较高能量密度、优良机械性能和较高安全性能等的高能复合材料，在国防和国民经济等领域广为使用。

然而，即便是PBX这类钝感炸药，意外爆炸事件也时有发生。

为适应高性能武器装备发展的需要，研究钝感高能炸药的各项性能就显得尤为重要。

PBX炸药本身结构复杂，加之其在发挥效能前的服役过程中所受力学环境复杂，研究PBX炸药的力学性能，特别是动态力学性能是目前研究炸药安全性的一个重要课题。

本文旨在研究PBX炸药的动态力学响应和损伤的产生和发展规律。

采用霍普金森压杆（SHPB）作为主要的实验平台，研究PBX炸药的动态压缩和拉伸力学特性，并观察PBX炸药受动态加载后的细观损伤形貌，最终建立含细观损伤的本构关系，为研究含能材料的安全性提供一定的理论支撑。

本文主要有三个部分，第一部分为PBX炸药力学性能的基础研究，从宏观层次观察了损伤的发展及其在应力应变曲线上的反映。

从实验结果看PBX炸药这类材料具有典型的力学脆性，脆性材料的损伤模式一般以微裂纹的产生和发展为主，要研究其损伤特性就需要观察内部细观裂纹的发展变化。

因此，第二部分采用巴西实验为主要加载方式对PBX炸药的细观损伤演化过程进行了实验和数值模拟研究。

在获得了PBX炸药的损伤特性之后，需要对其发展规律进行数学描述。

在本文的最后一部分，采用微裂纹扩展区损伤本构模型来描述PBX炸药内部微裂纹演化发展对宏观应力应变曲线的影响。

详细的研究内容如下：第一部分的内容主要为PBX炸药的宏观动态力学响应研究。

首先针对PBX炸药这类破坏应变很小的脆性材料，改进传统的SHPB测试方法以获得更为准确的实验结果。

采用半导体和石英晶体联合测试技术提高实验信号的信噪比；采用不同脉冲和不同波形整形器进行加载研究PBX炸药的宏观损伤力学特性，发现PBX炸药的损伤发展对冲击加载比较敏感，且极限加载应变率很低。

战斗部侵彻过程中PBX装药动态损伤数值模拟

战斗部侵彻过程中PBX装药动态损伤数值模拟作者：石啸海戴开达陈鹏万来源：《中国测试》2016年第10期摘要：为研究战斗部侵彻过程中PBX装药的动态力学性能及损伤情况，进行缩比弹侵彻半无限大混凝土靶板的数值模拟。

PBX装药采用内聚力裂纹模型，通过计算PBX装药的损伤演化过程，获得单元裂纹宽度等关键参数，并分析过载、轴向应力及损伤程度，同时计算分析有机玻璃、聚四氟乙烯等材料作为缓冲层对装药动态损伤的影响。

结果表明：1）基于内聚力裂纹模型的PBX装药自定义材料模型能很好地模拟装药的动态力学性能及损伤；2）使用缓冲层可以有效地保护战斗部内部装药；3）有机玻璃作缓冲材料用于改善装药力学环境的效果更加明显。

关键词：战斗部；PBX装药；动态损伤；内聚力裂纹模型；数值模拟文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）10-0138-05Abstract： To study the dynamic mechanical response and damage of PBX charge in the process of warhead penetration， the numerical simulation of scaled projectile penetrating into semi-infinite concrete target is used. The cohesive crack model （CCM） is used to simulate PBX charge. The key parameters， such as the width of crack， were obtained by computing the damage evolution of PBX charge. Meanwhile， the overload， axial stress and damage degree were analyzed. Simultaneously， the effect of dynamic damage of buffer layer， such as PMMA and PTFE， on the charge is discussed. The results show that 1）the user defined material model based on CCM has good effect to simulate the dynamic mechanical properties and damage of PBX charge； 2）the buffer layer can protect internal charge validly and 3）the PMMA is the best buffer material to improve mechanical environment of charge.Keywords： warhead； PBX charge； dynamic damage； cohesive crack model； numerical simulation0 引言装填高聚物粘结炸药（PBX）的战斗部侵彻目标，高速侵彻过程产生的惯性过载会使装药经受长持续时间的复杂应力波作用，从而造成损伤断裂。

混凝土动力损伤本构模型研究进展述评

混凝土动力损伤本构模型研究进展述评一、概述混凝土作为一种广泛应用于土木工程领域的建筑材料，其性能表现直接关系到工程结构的安全与稳定性。

随着科技的不断进步和工程需求的日益增长，对混凝土材料性能的研究也日益深入。

混凝土在动力荷载作用下的损伤机制和本构模型研究尤为重要。

本文旨在概述混凝土动力损伤本构模型的研究进展，探讨相关领域的研究成果和发展趋势。

混凝土在受到地震、爆炸等动力荷载作用时，会产生复杂的应力波传播、裂缝扩展和损伤累积等现象。

这些现象对混凝土结构的整体性能产生显著影响。

建立准确的混凝土动力损伤本构模型对于预测结构在动力荷载作用下的响应和破坏过程具有重要意义。

随着计算力学、材料科学等领域的交叉融合，混凝土动力损伤本构模型的研究取得了长足的进步。

从最初的弹性模型、塑性模型，到后来的损伤力学模型、粘弹塑性模型等，模型的复杂性和准确性不断提高，能够更好地描述混凝土材料的非线性行为。

混凝土动力损伤本构模型的研究仍面临诸多挑战。

如混凝土材料的复杂性和不确定性、动力荷载的多样性和复杂性、试验数据的缺乏等，都是制约模型发展的关键因素。

未来的研究应更加关注混凝土材料的细观机制、多尺度建模、智能化建模等方面，以提高模型的预测精度和适用性。

随着人工智能、大数据等技术的快速发展，混凝土动力损伤本构模型的研究也将迎来新的发展机遇。

通过对大量试验数据的挖掘和分析，建立数据驱动的混凝土本构模型，将有望为混凝土结构的性能评估和防灾减灾提供有力支持。

1.1 研究背景和意义混凝土作为现代建筑中最常用的建筑材料之一，其性能的好坏直接关系到建筑物的安全性和稳定性。

在地震、爆炸等动力荷载作用下，混凝土会发生损伤甚至破坏，对人们的生命财产安全造成极大的威胁。

对混凝土的动力损伤机理及其本构模型进行研究，对于提高建筑物的抗震、抗爆等能力，保障人们的生命财产安全具有重要意义。

随着科技的进步和研究的深入，混凝土动力损伤本构模型的研究逐渐受到广泛关注。

混凝土正交各向异性动态损伤本构模型研究_陈士海

2 0 ． 035 83［ lg（ ε / ε s）］ · · · ·
（ 1）（ 2）
·
DIF ε = 1 ． 0 + 0 ． 161 2lg（ ε / ε s ） +
2 0 ． 021 17［ lg（ ε / ε s）］ · ·
· ·
其中，DIF σ 、DIF ε 分别为应力和应变动力放大系数； ε
－5 －1 为应变率； ε s 为准静态应变率，取 2 ． 5 × 10 s 。则在动态条件下， σ d = DIF σ × σ s ， E d = DIF σ × E s ， ·
24
振DIF ε × ε s Ed ， Es ，其中，σ d ， σs ， εd ， ε s 分别为动静条件下的应力，弹性模量和应变。
Abstract： In order to establish orthotropic dynamic damage constitutive model for concrete，dynamic increase factors （ DIF） were introduced for considering strain effects． Based on Sidoroff's energy equivalent theory，the dynamic damage elasticity matrix of elements was founded． Mazars' damage model was used for calculating damage scalars in principle axial directions，orthotropic Hoffman failure criteria was adopted，and the modification of strength due to damage and dynamic increase factor was considered． The model was verified by a destroying experiment of a structure under blasting vibration． Key words： concrete； orthotropic； damage； dynamic； constitutive model 混凝土的破坏是由内部微裂缝逐渐发展的结果，破坏只是裂缝发展过程的最后阶段，而要真正描述混凝土的各种性能，就要研究其内部的微裂缝的演化规律，即要进行混凝土的损伤力学分析。损伤力学理论已证实可成功地模拟混凝土的应变软化和渐进破坏等［1 ］特征，可用于解释其静、动态破坏机制。另外混凝土还是典型的率敏感性和各向异性材料，为能准确的模拟混凝土在复杂应力状态下的各种性能，所建立的本构关系必须综合考虑混凝土的以上各种性质，而这种本构模型目前尚不多见。为建立混凝土的正交各向异性动态损伤本构，首先采用动力放大系数的形式考虑材料的应变率效应。然后基于 Sidoroff 能量等价原理，采用主应变三个正交方向上的损伤度值来描述整个单元体的损伤，建立动态条件下单元体的损伤刚度矩阵。同时在损伤演化模型中，采用 Mazars 损伤模型描述主

混凝土材料的动态力学性能分析

混凝土材料的动态力学性能分析作者：李泽轩来源：《科技资讯》 2015年第13期李泽轩（东莞理工学院城市学院广东东莞 523419）摘要：混凝土的应用范围比较广泛，特别是在建筑、桥梁等各个工程项目都离不开混凝土材料。

因此，混凝土材料作为最广泛的建筑材料，有必要对其动态力学性能进行研究和探讨。

该文对混凝土材料的动态力学性能进行分析，先后进行冲击压缩实验、损伤演化实验，并对损伤型动态本构关系进行研究，针对混凝土材料进行动态力学性能相关实验思想的研究和探讨。

关键词：混凝土材料动态力学 SHPB 性能中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0221-01混凝土是应用最为广泛的工程材料，各种工程方面都离不开混凝土材料的应用。

但是混凝土材料也存在许多问题，包括材料质地比较脆弱、内部组成部分相对复杂、骨料的尺寸较大以及均匀性不太好等。

因此，需要对混凝土材料进行动态力学性能的相关实验及研究。

需要注明的是，SHPB实验是材料动态力学研究最为基本的方法之一，通过SHPB设备对混凝土材料的动态力学性能进行研究也存在一定的难度。

由于混凝土材料比较特殊，SHPB试验的相关假设条件不容易满足。

因此，该文结合混凝土材料的特性，对SHPB实验技术进行修正，以此对混凝土材料动态力学性能进行研究，不足之处，敬请指正。

1 动态力学性能研究大部分混凝土建筑所能够承受的是较为缓慢的静态荷载，然而一部分特殊的建筑物要求可以承受一定冲击荷载、抗冲击能力以及抗层裂能力。

早期大多是对弹性模量的变化进行研究，冲击试验一般是采用落锤设备。

但是，落锤设备不能对惯性效应进行考虑，一些实验也无法得到应力-应变曲线，得到的数据仅仅流于表面，无法起到真正的比较作用。

该文主要利用SHPB实验对混凝土材料动态力学性能进行探讨。

2 冲击压缩实验实验结果同时证明混凝土材料一方面其应变率效应十分敏感，另一方面是对损伤也存在较为显著的影响。

白光轴向色差技术用于材料动态损伤测量

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｈｏｃｋＷａｗｅａｎｄＤｅｔｏｎａｔｉｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｌｕｉｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｕｅｒｓｉｔｙ０．厂Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｄａｍａｇｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｂｙｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔａｘｉａｌｃｈｒｏｍａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
３．武汉理工大学理学院，湖北武汉４３００７０）
摘要：实验研究了轴向色差测试技术用于动态损伤样品截面形貌测量的可行性，对材料动态损伤的损伤程度进行了高精度的表征与量化。首先，采用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术，对动态冲击实验 ” 软回收 ” 得到的样品截面进行测量；然后，对测试数据进行重构，获得了样品截面二维图像和表面三维轮廓形貌。最后，针对该测试方法获得的数据建立了损伤计算方法，并利用该方法计算了材料的损伤量。结果表明：该技术能对样品截面进行大范围连续测量（６．９ｍｍ× ９．９９９ｍｍ），获得样品截面清晰的三维形貌，并且将损伤度曲线的分辨率提高到３ｍ。得到的结果显示：基于白光轴向色差的测试技术能实现材料动态损伤的大范围、高精度连续测量，测试工作量小，计算损伤的方法简单，能有效地提高损伤