3-68  地质材料的本构模型

王  政  曹菊珍  梁龙河

        在分析混凝土和土等地质材料的动态力学性能的基础之上，构建了一个可以用来数值模拟动能弹侵彻地质材料的力学过程的本构模型。

有围压压缩加载过程中，地质材料的应力应变关系有线弹性、非线性硬化和非线性软化3个阶段，相应的有3个特征点，即初始屈服强度、最大屈服强度、残余强度。为反映地质材料的这一性能，本构模型采用3个极限面的思想，如图1所示。

最大极限面采用了过-王准则。同其它现有的极限面函数相比，该分式幂函数有极限面满足3向等拉点、压力极大点处有强度极值、拟合数据比较方便等优点。当前加载面考虑了应力的第2和第3不变量、应变率以及拉伸和剪切损伤等诸多影响因素，可以描述地质材料力学响应中线弹性、塑性硬化和损伤软化的力学过程。构建本构模型时兼顾吸收了JH-1、RHT及Malvar等混凝土本构模型的优点。同时，在拉压子午线之比同应力球量的关系以及各个屈服面之间硬化与软化的描述两个方面提出了简洁实用的新方法。图2中可以清楚地看到压缩(拉伸)子午线基本经过了单轴压缩和拉伸、双轴压缩和拉伸、三轴拉伸等几个实验的特征点。图3表明在更大的球应力区域中与实验的强度数据符合得较好。偏应力平面上极限面如图4所示，图4表明随着压力的逐渐升高，偏平面上的极限面(线)逐渐由三角形转向椭圆和圆形，体现了第3不变量的影响效应。

将所构建的本构模型加入到LTZ-2D程序，并对程序中应力计算的迭代过程作了改进。参照文献资料，数值计算迭代，对混凝土和土材料初步确定了一套本构模型参数。最后对土与混凝土靶的侵彻与穿透问题给出了基本合理的数值计算结果，可以为相关研究提供参考。