巖土類材料的損傷本構(gòu)模型及其在沖擊動力學問題中的應用.pdf

1、巖石、混凝土材料等非均勻和各向異性材料的動態(tài)本構(gòu)和沖擊損傷破壞規(guī)律的研究，是現(xiàn)階段沖擊動力學領(lǐng)域的重要的科學問題之一。這一科學問題的研究對材料變形損傷破壞的非線性效應、應變率效應的耦合表征提出了新的挑戰(zhàn)。 本文首先對巖土材料本構(gòu)模型的研究概況和進展進行了較為全面、系統(tǒng)的同顧和總結(jié)。對現(xiàn)有的主要的沖擊載荷下的動態(tài)損傷模型進行了較系統(tǒng)的評述和比較，并對當前的研究熱點及趨勢作了討論。在此基礎(chǔ)上，闡述了解決本課題理論問題的思路和方法。

2、 巖土類材料的重要特征是其靜壓相關(guān)塑性屈服行為，本文在靜水壓相關(guān)的廣義熱粕塑性本構(gòu)的理論框架下，從修正Drucker公設(shè)和應力空間中的屈服函數(shù)出發(fā)，以材料本構(gòu)關(guān)系的內(nèi)變量理論為工具，推導并建立了一般形式的，特別是靜水壓相關(guān)的熱塑性和熱粘塑性增量型本構(gòu)關(guān)系的普適形式，其所得劍的本構(gòu)關(guān)系可以包含各種內(nèi)變量硬(軟)化行為、應變率硬(軟)化行為、損傷軟化、溫度軟化行為以及相互間的耦合作用。所給出的本構(gòu)關(guān)系是以應力屈服面為基礎(chǔ)的，具有普適性

3、；對任何動態(tài)程序都特別適用和方便，易于嵌入到損傷材料的沖擊動力學數(shù)值計算程序，具有很強的實用性?？紤]到應用的重要性，文中特別給山了若干常用的巖土本構(gòu)模犁的增量本構(gòu)關(guān)系計算公式和流程。 在較詳細地論述了分形、分形維數(shù)概念及分形測量方法的基礎(chǔ)上，將之與巖土材料損傷破壞所具有的分形特點相聯(lián)系，嘗試性地將分形幾何引入到巖土材料損傷定義，詳細地推導了巖土材料的拉伸狀態(tài)下?lián)p傷演化方程。其損傷演化方程中，分形維數(shù)及其與損傷能量耗散率的關(guān)系的引

4、入，不僅解決了損傷的確定問題，減少了損傷模型中的所涉及的巖土特性參數(shù)，而且新構(gòu)造的分形損傷模型可計及巖土的天然損傷影響和應力波傳播過程中引起的裂紋擴展效應新進展。 以巖土損傷分形本構(gòu)模擬的研究成果為基礎(chǔ)，由巖石損傷分形維數(shù)和能量耗散率之間的關(guān)系，建立了拉壓兩種不同狀態(tài)下的損傷演化方程，并以等效模量理論為基礎(chǔ)建立了巖土材料含損傷的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系：利用本文所建立的含損傷本構(gòu)模型，采用有限差分方法對砂巖沖擊載荷喜愛一維應變波傳播問題進行

5、了數(shù)值模擬，得到了應力波傳播過程中，應力、分形維數(shù)、裂紋密度及損傷等量得演化規(guī)律，其結(jié)果對工程應用有指導意義。 彈體對巖石、混凝土等巖土類材料侵徹問題是涉及沖擊損傷破壞的另一類問題，這是防護工程的基本問題之一。本文針對彈體對巖石材料侵徹深度問題，將量綱分析方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合，建立了彈的長徑比lp/d、彈體形狀系數(shù)ψ、彈體與巖土的比δyt/δyp強度、彈體與巖十材料的密度比ρp/ρt等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量與彈體侵徹深度h網(wǎng)絡(luò)輸出量

6、之間的非線性映射關(guān)系。在非線性映射關(guān)系基礎(chǔ)上，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立了彈體侵徹巖土材料的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;并分別采用改進BP及RBF網(wǎng)絡(luò)模型，通過對巖石、混凝土類材料的文獻資料試驗數(shù)據(jù)的整理，得到了對網(wǎng)絡(luò)模型進行訓練的樣本及檢測樣本；通過對網(wǎng)絡(luò)模型的訓練，獲得了彈體對混凝土、花崗巖等材料侵徹深度的滿意輸出結(jié)果。目前將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入彈體侵徹巖土材料深度的這一方面的研究工作及文獻資料及研究成果尚不多見。 本文的研究工作對巖土材料應力波作用