沖擊載荷下各向異性體內(nèi)的應(yīng)力波傳播、損傷及破壞.pdf

1、材料在沖擊、侵徹等動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生損傷和破壞的過程,其實(shí)質(zhì)是力學(xué)模型從連續(xù)體到非連續(xù)體的轉(zhuǎn)變過程.建立在傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)上的有限元法、有限差分法適于預(yù)測(cè)損傷和破壞的區(qū)域,但難以直接用于計(jì)算和模擬材料及結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的整個(gè)過程.離散元法是一種適于處理非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題的計(jì)算方法,其基本思想最初于70年代由Cundall等人提出,隨后被發(fā)展成求解連續(xù)體到非連續(xù)體的動(dòng)態(tài)演變過程中的力學(xué)問題,特別是混凝土動(dòng)態(tài)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(tǒng)的數(shù)值方法,對(duì)于連續(xù)體的計(jì)算結(jié)果偏差較大,因而制約了離散元方法在研究材料動(dòng)態(tài)破壞問題中的廣泛應(yīng)用.該文將離散元法用于計(jì)算和模擬各向異性材料在沖擊載荷下動(dòng)態(tài)損傷和破壞過程.從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本原理出發(fā),推導(dǎo)基于圓盤單元的正交各向異性二維連結(jié)型離散元計(jì)算模型,在模型中采用了Mohr-Coulomb型破壞準(zhǔn)則和與應(yīng)變率有關(guān)的材料破壞系數(shù)用以模擬材料的動(dòng)態(tài)損傷和破壞過程.應(yīng)用該模型對(duì)正交各向異性平板內(nèi)的應(yīng)

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(jìn)行了研究,通過將計(jì)算結(jié)果與LS-DYNA、特征線法以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明了該模型的精確性和可靠性.該文還將該方法擴(kuò)展到三維,推導(dǎo)出基于圓球單元各向同性的三維離散元連結(jié)型計(jì)算模型.并對(duì)沖擊載荷下混凝土塊體的動(dòng)態(tài)破壞過程進(jìn)行了研究.最后該文應(yīng)用接觸型離散元計(jì)算模型對(duì)爆炸排淤過程進(jìn)行了離散元法數(shù)值模擬,為進(jìn)一步研究其機(jī)理性問題提供了一個(gè)很好的工具,表現(xiàn)了該數(shù)值方法工程應(yīng)

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(xù)體的動(dòng)態(tài)破壞和非連續(xù)體動(dòng)力學(xué)行為的有利工具,顯示了這種方法的廣泛適用性和良好發(fā)展前景.作者使用C++語言基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想開發(fā)了完整的離散元二維和三維計(jì)算程序.該計(jì)算程序與用OpenGL技術(shù)在VC++6.0環(huán)境下開發(fā)的功能強(qiáng)大的離散元前后處理程序構(gòu)成了較為完整的離散元分析模擬系統(tǒng)S-DEM(Super-Discrete Element Method).上述的所有算