損傷度函數(shù)模型用于碰撞和內(nèi)爆加載下鋼層裂的二維數(shù)值模擬研究.pdf

1、從損傷度函數(shù)模型建立以來，該模型對平面碰撞層裂問題的一維數(shù)值模擬有比較成功的應(yīng)用。為推廣和拓展損傷度函數(shù)模型的應(yīng)用范圍，探討用損傷的觀點來分析材料的動態(tài)斷裂問題，本文把損傷度函數(shù)模型嵌入到二維流體彈塑性動力有限元編碼DEFEL中，使之與原編碼的力學(xué)計算耦合，并以臨界損傷度作為斷裂準則，對平面撞擊層裂過程和滑移爆轟內(nèi)爆加載下金屬柱殼的內(nèi)聚運動及層裂過程進行了二維數(shù)值模擬研究，并結(jié)合實驗結(jié)果，討論了材料的損傷破壞過程及有關(guān)現(xiàn)象。 在

2、對三種鋼(HR-2鋼、45鋼、2169鋼)的平面撞擊層裂實驗的數(shù)值模擬研究中，考慮了材料的屈服硬化效應(yīng)和Bauschinger效應(yīng)的影響，數(shù)值模擬結(jié)果可以很好地再現(xiàn)實驗測量到的自由面速度歷史。但數(shù)值模擬計算得到的層裂面附近的最大拉應(yīng)力(計算層裂強度)遠大于一般實驗中普遍采用的由聲學(xué)近似得到的層裂強度(前者大約是后者的1.5倍至2倍之間)。對此本文進行了分析，提出了用材料的“理論層裂強度”概念來分析和解釋這一現(xiàn)象，表明數(shù)值模擬結(jié)果是合理的

3、。同時進一步指出層裂強度作為一個表征材料抗拉強度的量，受到諸多因素(加載條件和材料性能等)的影響，對于它的描述值得進一步研究。 本文還對滑移爆轟內(nèi)爆加載下柱形鋼殼的內(nèi)聚運動及層裂過程進行了數(shù)值模擬研究，分析了殼體的內(nèi)聚運動及層裂破壞過程。數(shù)值計算給出了斷裂面位置、鋼層運動歷史、層裂殼體和殘余殼體的厚度和外徑。對于層裂殼體失穩(wěn)程度較小的實驗，數(shù)值模擬結(jié)果和實驗回收試件尺寸相當(dāng)吻合；對于層裂殼體失穩(wěn)較嚴重的實驗，殘余殼體的計算結(jié)果可

4、以和實驗吻合，但層裂殼體的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗有差別。此外，通過數(shù)值模擬，也證實了在相同柱殼條件下，對于同種炸藥，層裂條件和層裂殼體厚度取決于炸藥性能和厚度，滿足層裂臨界條件，隨著炸藥厚度的增加，層裂殼體厚度也增加的結(jié)論。 本文的研究結(jié)果也表明，損傷度函數(shù)模型嵌入二維程序是成功的，從而為我們應(yīng)用損傷度函數(shù)模型開展復(fù)雜應(yīng)力條件下材料的斷裂(層裂)數(shù)值模擬研究提供了重要的工具，應(yīng)用它們對平面撞擊層裂過程和滑移爆轟內(nèi)爆加載下金屬柱殼的內(nèi)