兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 144-155.doi: 10.12382/bgxb.2022.0397
康耕新1, 颜海春1,*(), 张亚栋2, 刘明君1, 郝礼楷3
收稿日期:
2022-05-18
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
KANG Gengxin1, YAN Haichun1,*(), ZHANG Yadong2, LIU Mingjun1, HAO Likai3
Received:
2022-05-18
Online:
2024-01-30
摘要:
为研究混凝土墩在炸药接触爆炸作用下的破坏效应,分别采用K & C模型、HJC模型、RHT模型和Kong-Fang模型对混凝土墩体的破坏效果进行数值模拟,讨论破坏形态、裂缝数量、块体数量、芯部残高和侧面残高的变化并与试验对比。研究结果表明,4种模型都能有效地预测混凝土墩体的破坏形态:在顶部集团装药爆炸作用下,混凝土墩体上半部分和下半部分表现为不同的破坏形式,上半部分为破碎性破坏,形成大量1~10cm为主的碎块;下半部分为破裂性破坏,开裂为有限数量的块体;其中Kong-Fang模型能够更加可靠地预测破裂区块体的数量和残高。残留块体破坏特征参数随装药量的变化的研究结果表明,随着装药量从1.0kg增加到4.5kg,块体的数量增加到25,块体底面尺寸由40cm减小为15cm,约为混凝土底边尺寸的1/5~1/25;装药量从1.0kg增加到3.5kg时芯部残高及侧面残高减小较快,在装药量增加到4.0kg后,分别稳定在40cm及28cm左右处,不再明显变化。基于以上研究结果,拟合了块体数量、芯部残高及侧面残高随装药量的变化公式,为有效实施混凝土墩体爆破作业提供了参考。
中图分类号:
康耕新, 颜海春, 张亚栋, 刘明君, 郝礼楷. 接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 144-155.
KANG Gengxin, YAN Haichun, ZHANG Yadong, LIU Mingjun, HAO Likai. Experimental and Numerical Investigation on the Damage Effects of Concrete Pier under Contact Explosion[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 144-155.
装药量/ kg | 竖向裂缝/ 条 | 块体数量 | 芯部残高/ cm | 侧面残高/ cm |
---|---|---|---|---|
1.0 | 1~2 | 6 | 65 | 53 |
1.5 | 2 | 8 | 58 | 44 |
2.0 | 2 | 8 | 55 | 40 |
2.5 | 2~3 | 10 | 51 | 38 |
3.0 | 3 | 13 | 46 | 36 |
表2 试验中破坏情况统计结果
Table 2 Statistical results of damage in test
装药量/ kg | 竖向裂缝/ 条 | 块体数量 | 芯部残高/ cm | 侧面残高/ cm |
---|---|---|---|---|
1.0 | 1~2 | 6 | 65 | 53 |
1.5 | 2 | 8 | 58 | 44 |
2.0 | 2 | 8 | 55 | 40 |
2.5 | 2~3 | 10 | 51 | 38 |
3.0 | 3 | 13 | 46 | 36 |
T/MPa | R0/(kg·m-3) | PR | A0/MPa | RSIZE | UCF |
---|---|---|---|---|---|
1.45 | 2300 | 0.2 | -16.7 | 39.37 | 1.45×10-4 |
表3 K & C模型参数[28]
Table 3 Parameters of K & C constitutive model[28]
T/MPa | R0/(kg·m-3) | PR | A0/MPa | RSIZE | UCF |
---|---|---|---|---|---|
1.45 | 2300 | 0.2 | -16.7 | 39.37 | 1.45×10-4 |
A | B | N | plock/GPa | K1/GPa | K2/GPa | K3/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|
0.28 | 1.85 | 0.84 | 1.21 | 12 | 135 | 698 |
D1 | D2 | EFMIN | C | |||
0.04 | 1.0 | 0.01 | 0.006 |
表4 HJC模型参数[29-30]
Table 4 Parameters of HJC constitutive model[29-30]
A | B | N | plock/GPa | K1/GPa | K2/GPa | K3/GPa |
---|---|---|---|---|---|---|
0.28 | 1.85 | 0.84 | 1.21 | 12 | 135 | 698 |
D1 | D2 | EFMIN | C | |||
0.04 | 1.0 | 0.01 | 0.006 |
SHEAR/MPa | FC/MPa | R0/(kg·m-3) | FT | FS | A | N |
---|---|---|---|---|---|---|
15300 | 16.7 | 2300 | 0.08 | 0 | 1.6 | 0.61 |
表5 RHT模型参数[31-32]
Table 5 Parameters of RHT constitutive model[31-32]
SHEAR/MPa | FC/MPa | R0/(kg·m-3) | FT | FS | A | N |
---|---|---|---|---|---|---|
15300 | 16.7 | 2300 | 0.08 | 0 | 1.6 | 0.61 |
Fc/MPa | E/GPa | K/GPa | G/GPa | T/MPa | Omiga | Frac | Fail_ten | Fail_eqs |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-16.7 | 27.5 | 15.28 | 11.46 | 1.45 | 0.5 | 0.01 | 1 | 0.5 |
表6 Kong-Fang模型参数[21⇓⇓⇓-25,33]
Table 6 Parameters of K&C constitutive model[21⇓⇓⇓-25,33]
Fc/MPa | E/GPa | K/GPa | G/GPa | T/MPa | Omiga | Frac | Fail_ten | Fail_eqs |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-16.7 | 27.5 | 15.28 | 11.46 | 1.45 | 0.5 | 0.01 | 1 | 0.5 |
ρ0/ (kg·m-3) | c0,c1, c2,c3 | c4 | c5 | c6 | e0/ (106J·m-3) |
---|---|---|---|---|---|
1.29 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 0.25 |
表7 空气的材料参数[34]
Table 7 Material parameters of air[34]
ρ0/ (kg·m-3) | c0,c1, c2,c3 | c4 | c5 | c6 | e0/ (106J·m-3) |
---|---|---|---|---|---|
1.29 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 0.25 |
ρ/(kg·m-3) | D/(m·s-1) | pC-J/GPa | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω | e0/(109J·m-3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1717 | 7980 | 28.6 | 524.2 | 7.768 | 4.2 | 1.1 | 0.34 | 8.5 |
表8 炸药的材料参数[35]
Table 8 Material parameters of explosive[35]
ρ/(kg·m-3) | D/(m·s-1) | pC-J/GPa | A/GPa | B/GPa | R1 | R2 | ω | e0/(109J·m-3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1717 | 7980 | 28.6 | 524.2 | 7.768 | 4.2 | 1.1 | 0.34 | 8.5 |
装药量/ kg | 竖向裂缝/条 | 块体数量 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | |
1.0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 5 | 9 |
1.5 | 1 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 5 | 9 |
2.0 | 1 | 0 | 1 | 4 | 5 | 1 | 5 | 9 |
2.5 | 1 | 0 | 3 | 4 | 5 | 1 | 17 | 13 |
3.0 | 1 | 0 | 3 | 4 | 5 | 1 | 17 | 17 |
装药量/ kg | 芯部残高/cm | 侧面残高/cm | ||||||
K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | |
1.0 | 68 | 63 | 49 | 67 | 76 | 59 | 61 | 42 |
1.5 | 65 | 63 | 42 | 61 | 57 | 58 | 60 | 38 |
2.0 | 60 | 63 | 46 | 55 | 53 | 58 | 46 | 33 |
2.5 | 58 | 63 | 38 | 50 | 56 | 58 | 45 | 34 |
3.0 | 56 | 63 | 42 | 46 | 53 | 56 | 39 | 32 |
表9 不同模型的破坏结果汇总
Table 9 Summary of damage results for different models
装药量/ kg | 竖向裂缝/条 | 块体数量 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | |
1.0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 5 | 9 |
1.5 | 1 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 | 5 | 9 |
2.0 | 1 | 0 | 1 | 4 | 5 | 1 | 5 | 9 |
2.5 | 1 | 0 | 3 | 4 | 5 | 1 | 17 | 13 |
3.0 | 1 | 0 | 3 | 4 | 5 | 1 | 17 | 17 |
装药量/ kg | 芯部残高/cm | 侧面残高/cm | ||||||
K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | K&C | HJC | RHT | Kong- Fang | |
1.0 | 68 | 63 | 49 | 67 | 76 | 59 | 61 | 42 |
1.5 | 65 | 63 | 42 | 61 | 57 | 58 | 60 | 38 |
2.0 | 60 | 63 | 46 | 55 | 53 | 58 | 46 | 33 |
2.5 | 58 | 63 | 38 | 50 | 56 | 58 | 45 | 34 |
3.0 | 56 | 63 | 42 | 46 | 53 | 56 | 39 | 32 |
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