沖擊載荷下各向異性體內的應力波傳播、損傷及破壞.pdf

1、材料在沖擊、侵徹等動載荷作用下產生損傷和破壞的過程,其實質是力學模型從連續體到非連續體的轉變過程.建立在傳統的連續介質力學基礎上的有限元法、有限差分法適于預測損傷和破壞的區域,但難以直接用于計算和模擬材料及結構發生破壞的整個過程.離散元法是一種適于處理非連續介質力學問題的計算方法,其基本思想最初于70年代由Cundall等人提出,隨后被發展成求解連續體到非連續體的動態演變過程中的力學問題,特別是混凝土動態破壞問題的研究也開展起來,顯示出

2、巨大的生命力.但是,相比于有限元法等傳統的數值方法,對于連續體的計算結果偏差較大,因而制約了離散元方法在研究材料動態破壞問題中的廣泛應用.該文將離散元法用于計算和模擬各向異性材料在沖擊載荷下動態損傷和破壞過程.從連續介質力學的基本原理出發,推導基于圓盤單元的正交各向異性二維連結型離散元計算模型,在模型中采用了Mohr-Coulomb型破壞準則和與應變率有關的材料破壞系數用以模擬材料的動態損傷和破壞過程.應用該模型對正交各向異性平板內的應

3、力波傳播、沖擊載荷下混凝土平板的破壞以及鋼彈侵徹混凝土圓板的破壞問題進行了研究,通過將計算結果與LS-DYNA、特征線法以及實驗結果進行對比,證明了該模型的精確性和可靠性.該文還將該方法擴展到三維,推導出基于圓球單元各向同性的三維離散元連結型計算模型.并對沖擊載荷下混凝土塊體的動態破壞過程進行了研究.最后該文應用接觸型離散元計算模型對爆炸排淤過程進行了離散元法數值模擬,為進一步研究其機理性問題提供了一個很好的工具,表現了該數值方法工程應

4、用中的巨大潛力.通過上述算例充分證明了離散元法是模擬沖擊載荷下連續體的動態破壞和非連續體動力學行為的有利工具,顯示了這種方法的廣泛適用性和良好發展前景.作者使用C++語言基于面向對象的程序設計思想開發了完整的離散元二維和三維計算程序.該計算程序與用OpenGL技術在VC++6.0環境下開發的功能強大的離散元前后處理程序構成了較為完整的離散元分析模擬系統S-DEM(Super-Discrete Element Method).上述的所有算