LS-DYNA高速弹丸侵彻钢筋混凝土靶的规律研究(2)
1.2 钢筋混凝土侵彻研究方法 钢筋混凝土侵彻研究方法为经验公式法、数值模拟法和理论分析法。经验公式使用范围小， 但经验公式是真实的试验结果， 常用来验证理论分析和数值仿真的可靠性。理论分析使用范围较试验研究广泛，但使用了大量的假设和简化，因此研究具有一定广度和合理精度的分析模型仍是摆在国内外学者面前的一道难题。数值仿真能够最大程度地给出弹靶作用的多种瞬态物理图像以及理论分析和试验研究所不能得到的信息。因此理论分析、数值仿真和必要的实验研究相结合才是分析侵彻和贯穿问题的最佳手段[22,23]。有关斜侵彻钢筋混凝土方面的研究还不够系统和深入，缺少理论研究和数值仿真，主要是通过实验分析[24]。
1.2.1 经验公式法 前人对侵彻的研究最初都是通过大量实验得到经验公式，Q.M.Li 总结了20世纪以来有代表性的经验公式[2]。现有的经验模型的不完备性和现有设计和评估准则的自身缺陷，清楚地表明有必要在混凝土撞击、侵彻和穿透这一活跃研究领域，做进一步的实验、理论和数值模拟工作，以便对余留问题找到令人满意的答案[21]。 1.2.2 数值模拟法 随着计算机仿真技术的发展，出现了一些仿真软件，对于侵彻问题，有代表性的商业软件是LS-DYNA和AUTODYN。通过仿真，我们可以看到侵彻的过程量，对理论分析提供指导。但是，本构模型还不完善，而且本构模型的参数目前还不能准确确定[3]。常用的混凝土本构模型有TCK模型、RHT模型和 HJC模型。TCK 模型以脆性拉伸损伤为主，能较好地反映开坑、崩落以及裂纹扩展，对层裂现象的模拟较为成功，但是，未考虑材料的压缩损伤累积以及材料在压缩下的非弹性响应，致使预测的弹体剩余速度和侵彻深度偏差较大。RHT模型具有压力依赖性、应变率敏感性和压缩损伤软化等特点，由于未能很好地考虑拉伸损伤，仍是以压缩损伤为主，不能准确模拟裂纹扩展以及开坑现象。HJC模型考虑了材料损伤、应变率效应以及静水压力对于屈服应力的影响，能够较好地描述混凝土在高速撞击与侵彻下所产生的损伤、破碎及断裂等行为[4]。 建模是本论文的重点也是难点。源]自{优尔·~论\文}网·www.youerw.com/ 楼建锋等人使用 AUTODYN，对侵彻体和混凝土使用六面体单元处理，而对钢筋采用bean单元处理，钢筋和混凝土用共节点连接[17]。王茂英等人使用 LS-DYNA进行仿真，将钢筋混凝土等效成混凝土，通过等效因子得到钢筋混凝土与混凝土的等效关系，从而简化了模型[18]。朱建生等人使用 LS-DYNA，将混凝土和钢筋分别建模，利用梁单元LINK160 表征钢筋，利用实体单元 SOLID164表征混凝土，并通过节点耦合提供接触应力来模拟钢筋与混凝土之间的粘结[19]。马爱娥等人使用LS-DYNA，所有实体采用六面体单元（SOLID164）[20]，此方法钢筋单元较密，计算速度较慢。
1.2.3 理论分析法 理论研究以刚性弹侵彻为主，对于弹丸的磨损、熔化、弯曲和屈曲等研究处于初始阶段。由于不同的研究人员对弹头部形状的定义较为粗劣，陈小伟根据动态空腔膨胀理论，考虑侵彻阻力在弹头部的积分效应，给出了弹头部形状的准确定义[5]。陈小伟等在一般形式的侵彻深度计算公式中引入撞击函数 I 和弹头形状系数 N，构建了计算侵深的半经验公式，后来又引入阻尼函数ζ进一步改进[5,25-26]。金属材料本构模型相对简单，因此金属介质中的空腔膨胀理论有了较完善的结论并得到成功应用。随后很多学者将其扩展到其它材料靶体，如岩石、土壤、混凝土以及陶瓷等防护材料的侵彻阻力分析计算中。混凝土空腔膨胀理论模型的推导和本构模型的结合还需要进一步的工作[6]。理论分析方法还有微分面力法（DAFL）、局部相互作用理论（LIT）、正交层状模型(土盘模型)、速度场和速度势理论、磨蚀杆模型和 Amini-Anderson模型[9]。