DDA方法中材料本構(gòu)關(guān)系的研究.pdf

1、非連續(xù)變形分析（Discontinuous Deformation Analysis,DDA）數(shù)值方法擅長(zhǎng)模擬不連續(xù)材料體的變形破壞和大位移力學(xué)行為，它已經(jīng)在巖體結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)模擬等方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前，DDA方法中采用的本構(gòu)模型是線彈性本構(gòu)模型，不能模擬材料的非線性應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)，這是導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠真實(shí)的一個(gè)重要因素。本文從材料本構(gòu)關(guān)系的角度出發(fā)，在DDA方法中實(shí)現(xiàn)了彈脆性本構(gòu)模型、損傷本構(gòu)模型和Johnson-Cook本構(gòu)模型

2、，從而能更好地采用DDA方法模擬不同材料的非線性應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)力學(xué)行為。
　　首先，將巖石力學(xué)領(lǐng)域比較常用的彈脆性本構(gòu)模型引入到DDA方法中。彈脆性本構(gòu)模型參數(shù)較少，DDA實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，其實(shí)現(xiàn)基于DDA方法的子塊體節(jié)理面開(kāi)裂算法。子塊體節(jié)理面開(kāi)裂算法本身已經(jīng)被成功應(yīng)用于模擬諸多靜態(tài)和動(dòng)態(tài)巖石力學(xué)問(wèn)題，比如巴西劈裂和鑿巖爆破等。在彈脆性本構(gòu)模型的應(yīng)用上，模擬了方件壓縮試驗(yàn)，并討論了殘余應(yīng)力系數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響。
　　其次，從損

3、傷角度出發(fā)，將彈性損傷本構(gòu)模型引入到DDA方法中。采用不同的加載歷史，模擬長(zhǎng)桿單元模型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并與理論應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證損傷本構(gòu)模型在DDA方法中實(shí)現(xiàn)的正確性。模擬了方件壓縮試驗(yàn)，并討論了允許開(kāi)裂時(shí)的損傷值與子塊體節(jié)理面開(kāi)裂算法中單元開(kāi)裂邊數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響。當(dāng)允許開(kāi)裂時(shí)的損傷值為0.8和開(kāi)裂3條邊（采用三角形劃分子塊體單元），模擬結(jié)果與其他數(shù)值模擬方法得到的結(jié)果最為接近。
　　而后，將能夠描述金屬材料應(yīng)力

4、-應(yīng)變響應(yīng)的Johnson-Cook本構(gòu)模型引入到DDA方法中，并將長(zhǎng)桿單元模型的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，探討了不同加載率條件下參考應(yīng)變率的取值。在此基礎(chǔ)上，模擬了長(zhǎng)桿模型的拉伸試驗(yàn)，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元模擬結(jié)果較為接近。
　　最后，將彈脆性本構(gòu)模型、彈性損傷本構(gòu)模型以及Johnson-Cook本構(gòu)模型運(yùn)用到彈體侵徹試驗(yàn)的DDA模擬中。與采用線彈性本構(gòu)模型模擬的結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)DDA方法對(duì)彈體侵徹這類復(fù)雜力學(xué)問(wèn)