Acta Armamentarii ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3543-3561.doi: 10.12382/bgxb.2023.0945
Special Issue: 爆炸冲击与先进防护
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LI Xu1, LIU Yan1,2,*(), YAN Junbo1, SHI Zhenqing1, WANG Hongfu1,3, XU Yingliang1, HUANG Fenglei1
Received:
2023-09-18
Online:
2023-12-30
Contact:
LIU Yan
CLC Number:
LI Xu, LIU Yan, YAN Junbo, SHI Zhenqing, WANG Hongfu, XU Yingliang, HUANG Fenglei. The Meso-scale Modeling Method for Concrete Based on Block Division and Parallel Filling and Its Application in High-speed Penetration[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3543-3561.
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编号 | 骨料占 比/% | 粒径分 布/mm | 骨料粒径范围/mm | ||
---|---|---|---|---|---|
5~10 | 10~20 | 20~40 | |||
C_40_10 | 40 | 5~10 | 40 | ||
C_40_20 | 40 | 5~20 | 16.6 | 23.4 | |
C_40_40 | 40 | 5~40 | 9.1 | 12.8 | 18.1 |
Table 1 Volume fraction of aggregate with different particle sizes in each formula%
编号 | 骨料占 比/% | 粒径分 布/mm | 骨料粒径范围/mm | ||
---|---|---|---|---|---|
5~10 | 10~20 | 20~40 | |||
C_40_10 | 40 | 5~10 | 40 | ||
C_40_20 | 40 | 5~20 | 16.6 | 23.4 | |
C_40_40 | 40 | 5~40 | 9.1 | 12.8 | 18.1 |
区块数 | CPU数 | 单元尺寸/mm | T/s | χ |
---|---|---|---|---|
1×1×1 | 1 | 0.8 | 984 | 1 |
1.0 | 1205 | 1 | ||
1.5 | 1381 | 1 | ||
2×2×2 | 3 | 0.8 | 281 | 3.50 |
1.0 | 365 | 3.30 | ||
1.5 | 500 | 2.76 | ||
5 | 0.8 | 224 | 4.39 | |
1.0 | 277 | 4.35 | ||
1.5 | 396 | 3.49 | ||
8 | 0.8 | 177 | 5.56 | |
1.0 | 198 | 6.09 | ||
1.5 | 293 | 4.71 | ||
3×3×3 | 3 | 0.8 | 336 | 2.93 |
1.0 | 382 | 3.15 | ||
1.5 | 571 | 2.42 | ||
5 | 0.8 | 159 | 6.19 | |
1.0 | 209 | 5.77 | ||
1.5 | 445 | 3.10 | ||
12 | 0.8 | 145 | 6.79 | |
1.0 | 183 | 6.58 | ||
1.5 | 225 | 6.14 | ||
27 | 0.8 | 103 | 9.55 | |
1.0 | 135 | 8.93 | ||
1.5 | 192 | 7.19 |
Table 2 Generation efficiency comparison of block division and parallel fillingmeso-scale modeling method (C_40_40)
区块数 | CPU数 | 单元尺寸/mm | T/s | χ |
---|---|---|---|---|
1×1×1 | 1 | 0.8 | 984 | 1 |
1.0 | 1205 | 1 | ||
1.5 | 1381 | 1 | ||
2×2×2 | 3 | 0.8 | 281 | 3.50 |
1.0 | 365 | 3.30 | ||
1.5 | 500 | 2.76 | ||
5 | 0.8 | 224 | 4.39 | |
1.0 | 277 | 4.35 | ||
1.5 | 396 | 3.49 | ||
8 | 0.8 | 177 | 5.56 | |
1.0 | 198 | 6.09 | ||
1.5 | 293 | 4.71 | ||
3×3×3 | 3 | 0.8 | 336 | 2.93 |
1.0 | 382 | 3.15 | ||
1.5 | 571 | 2.42 | ||
5 | 0.8 | 159 | 6.19 | |
1.0 | 209 | 5.77 | ||
1.5 | 445 | 3.10 | ||
12 | 0.8 | 145 | 6.79 | |
1.0 | 183 | 6.58 | ||
1.5 | 225 | 6.14 | ||
27 | 0.8 | 103 | 9.55 | |
1.0 | 135 | 8.93 | ||
1.5 | 192 | 7.19 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|---|---|
λ1 | 0 | η1 | 0 | a0 | 0.4426fc |
λ2 | 8.0×10-6 | η2 | 0.25 | a1 | 0.5698 |
λ3 | 2.4×10-5 | η3 | 0.62 | a2 | 0.02516/fc |
λ4 | 4.0×10-5 | η4 | 0.84 | a0y | 0.2797fc |
λ5 | 6.0×10-5 | η5 | 0.97 | a1y | 0.8989 |
λ6 | 8.7×10-5 | η6 | 1.00 | a2y | 0.0685/fc |
λ7 | 2.0×10-4 | η7 | 0.83 | a0f | 0 |
λ8 | 3.0×10-4 | η8 | 0.69 | a1f | 0.5698 |
λ9 | 6.0×10-4 | η9 | 0.47 | a2f | 0.02516/fc |
λ10 | 1.0×10-3 | η10 | 0.33 | ||
λ11 | 3.0×10-3 | η11 | 0.15 | ||
λ12 | 0.01 | η12 | 0.008 | ||
λ13 | 10 | η13 | 0 |
Table 3 Parameter modification values of K&C model
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|---|---|
λ1 | 0 | η1 | 0 | a0 | 0.4426fc |
λ2 | 8.0×10-6 | η2 | 0.25 | a1 | 0.5698 |
λ3 | 2.4×10-5 | η3 | 0.62 | a2 | 0.02516/fc |
λ4 | 4.0×10-5 | η4 | 0.84 | a0y | 0.2797fc |
λ5 | 6.0×10-5 | η5 | 0.97 | a1y | 0.8989 |
λ6 | 8.7×10-5 | η6 | 1.00 | a2y | 0.0685/fc |
λ7 | 2.0×10-4 | η7 | 0.83 | a0f | 0 |
λ8 | 3.0×10-4 | η8 | 0.69 | a1f | 0.5698 |
λ9 | 6.0×10-4 | η9 | 0.47 | a2f | 0.02516/fc |
λ10 | 1.0×10-3 | η10 | 0.33 | ||
λ11 | 3.0×10-3 | η11 | 0.15 | ||
λ12 | 0.01 | η12 | 0.008 | ||
λ13 | 10 | η13 | 0 |
试验类型 | 试块尺寸/ mm | 试块强度/ MPa | 等效强度a/ MPa | 砂浆强度b/ MPa | 骨料强度/ MPa | ITZ强度/ MPa | 骨料粒径/ mm | 骨料占比/ % | 来源 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
单轴压缩 | 150×150×150 | 51.2 | 51.2 | 37 (31) | 120 | 19 | 5~20 | 40 | 本文 |
单轴压缩 | 100×100×100 | 48.4 | 46.0 | 36 (33) | 120 | 22 | 4~8 | 20 | 文献[36] |
三轴压缩 | ϕ55.5×110 | 60.2 | 68.7 | 50 | 150 | 38 | 5~14 | 35 | 文献[37] |
劈裂抗拉 | 150×150×150 | 2.38 | 36 | 80 | 28.8 | 5~40 | 40 | 文献[38] |
Table 4 Specimen parameters for quasi-static mechanical test
试验类型 | 试块尺寸/ mm | 试块强度/ MPa | 等效强度a/ MPa | 砂浆强度b/ MPa | 骨料强度/ MPa | ITZ强度/ MPa | 骨料粒径/ mm | 骨料占比/ % | 来源 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
单轴压缩 | 150×150×150 | 51.2 | 51.2 | 37 (31) | 120 | 19 | 5~20 | 40 | 本文 |
单轴压缩 | 100×100×100 | 48.4 | 46.0 | 36 (33) | 120 | 22 | 4~8 | 20 | 文献[36] |
三轴压缩 | ϕ55.5×110 | 60.2 | 68.7 | 50 | 150 | 38 | 5~14 | 35 | 文献[37] |
劈裂抗拉 | 150×150×150 | 2.38 | 36 | 80 | 28.8 | 5~40 | 40 | 文献[38] |
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Table 5 Comparison of damage nephograms of uniaxial compression meso-scale simulation under different end friction conditions based on ITZ solid element method
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材料 | 密度/(kg·m-3) | 泊松比 | 抗压强度/MPa |
---|---|---|---|
骨料 | 2660 | 0.2 | 120 |
砂浆 | 2200 | 0.2 | (33, 25, 54)* |
ITZ | 1800 | 0.2 | 16.5 |
混凝土 | 2356 | 0.2 | 37 |
Table 8 Material parameters of concrete components
材料 | 密度/(kg·m-3) | 泊松比 | 抗压强度/MPa |
---|---|---|---|
骨料 | 2660 | 0.2 | 120 |
砂浆 | 2200 | 0.2 | (33, 25, 54)* |
ITZ | 1800 | 0.2 | 16.5 |
混凝土 | 2356 | 0.2 | 37 |
材料 | A/MPa | B/MPa | n | C |
---|---|---|---|---|
30CrMnSiNi2A | 1587 | 382.5 | 0.245 | 0.020 |
Table 9 Johnson-Cook model parameters of projectile material[43]
材料 | A/MPa | B/MPa | n | C |
---|---|---|---|---|
30CrMnSiNi2A | 1587 | 382.5 | 0.245 | 0.020 |
试验 编号 | 初速/ (m·s-1) | DOP/m | Hc/m | Dc/m | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | 试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | 试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | ||
S3 | 1286 | 0.63 | 0.64 (1.6%) | 0.64 (1.6%) | 0.72 (14.3%) | 0.19 | 0.18 (-5.3%) | 0.20 (5.3%) | 0.22 (15.8%) | 0.71 | 0.64 (-9.9%) | 0.62 (-12.7%) | 0.62 (-12.7%) |
S4 | 1596 | 0.78 | 0.72 (-7.7%) | 0.70 (-10.3%) | 0.76 (-2.6%) | 0.18 | 0.22 (22.2%) | 0.25 (38.9%) | 0.25 (38.9%) | 0.74 | 0.72 (-2.7%) | 0.70 (-5.4%) | 0.67 (-9.5%) |
S5 | 1852 | 0.64 | 0.63 (-1.6%) | 0.63 (-1.6%) | 0.70 (9.4%) | 0.25 | 0.27 (8.0%) | 0.30 (20%) | 0.30 (20%) | 0.81 | 0.78 (-3.7%) | 0.74 (-8.6%) | 0.70 (-13.6%) |
Table 10 Damage simulation results of concrete target with different meso-scale models
试验 编号 | 初速/ (m·s-1) | DOP/m | Hc/m | Dc/m | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | 试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | 试验 结果 | 实体单元 法 | 无ITZ法 | 粘结失效 接触法 | ||
S3 | 1286 | 0.63 | 0.64 (1.6%) | 0.64 (1.6%) | 0.72 (14.3%) | 0.19 | 0.18 (-5.3%) | 0.20 (5.3%) | 0.22 (15.8%) | 0.71 | 0.64 (-9.9%) | 0.62 (-12.7%) | 0.62 (-12.7%) |
S4 | 1596 | 0.78 | 0.72 (-7.7%) | 0.70 (-10.3%) | 0.76 (-2.6%) | 0.18 | 0.22 (22.2%) | 0.25 (38.9%) | 0.25 (38.9%) | 0.74 | 0.72 (-2.7%) | 0.70 (-5.4%) | 0.67 (-9.5%) |
S5 | 1852 | 0.64 | 0.63 (-1.6%) | 0.63 (-1.6%) | 0.70 (9.4%) | 0.25 | 0.27 (8.0%) | 0.30 (20%) | 0.30 (20%) | 0.81 | 0.78 (-3.7%) | 0.74 (-8.6%) | 0.70 (-13.6%) |
[1] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2015.05.007 URL |
[2] |
武海军, 黄风雷, 王一楠, 等. 高速侵彻混凝土弹体头部侵蚀终点效应实验研究[J]. 兵工学报, 2012, 33(1): 48-55.
|
|
|
[3] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2004.04.013 URL |
[4] |
|
[5] |
张伟, 慕忠成, 肖新科. 骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究[J]. 兵工学报, 2012, 33(8): 1009-1015.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
章毅, 张湘茹, 吴昊, 等. 混凝土3D细观模型及准静态力学行为分析[J/OL]. 工程力学, 2022(2022-10-25). http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2595.O3.20221024.1603.282.html.
|
|
|
[8] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.11.094 URL |
[9] |
邓勇军, 陈小伟, 姚勇, 等. 基于细观混凝土模型的刚性弹体正侵彻弹道偏转分析[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(3): 377-386.
|
|
|
[10] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2018.05.010 URL |
[11] |
doi: 10.1016/j.dt.2019.04.003 |
[12] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.040 URL |
[13] |
荣誉, 任会兰, 许香照. 弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟[J]. 中国科学:技术科学, 2021, 51(3): 259-271.
|
doi: 10.1360/SST-2020-0486 URL |
|
[14] |
彭永, 卢芳云, 方秦, 等. 弹体侵彻混凝土靶体的尺寸效应分析[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(11): 58-68.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119382 URL |
[17] |
宁建国, 李钊, 马天宝, 等. 动能弹高速侵彻钢筋混凝土靶时弹丸头部质量侵蚀微观机理[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1809-1818.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.09.001 |
|
|
[18] |
doi: 10.1016/j.ijsolstr.2015.05.002 URL |
[19] |
刘志林, 孙巍巍, 王晓鸣. 基于颗粒流离散元模型的弹丸侵彻细观混凝土数值模拟方法研究[J]. 振动与冲击, 2016, 35(4): 162-169, 176.
|
|
|
[20] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.229 URL |
[21] |
doi: 10.1016/j.compscitech.2017.06.015 URL |
[22] |
刘利宝, 李效民, 程昱, 等. 基于摩擦脱粘法三维细观混凝土受压模型[J/OL]. 应用力学学报, 2023(2023-03-01). http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1112.O3.20230228.1544.013.html.
|
|
|
[23] |
doi: 10.1016/S0008-8846(99)00086-1 URL |
[24] |
杨贞军, 黄宇劼, 尧锋, 等. 基于粘结单元的三维随机细观混凝土离散断裂模拟[J]. 工程力学, 2020, 37(8): 158-166.
|
|
|
[25] |
doi: 10.1016/j.engfracmech.2020.107080 URL |
[26] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.040 URL |
[27] |
doi: 10.12989/sem.2011.37.2.197 URL |
[28] |
doi: 10.1061/TACEAT.0001979 URL |
[29] |
|
[30] |
doi: 10.1007/BF02317565 URL |
[31] |
doi: 10.1016/S0734-743X(97)00023-7 URL |
[32] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2017.02.016 URL |
[33] |
|
[34] |
|
[35] |
许迎亮, 刘彦, 闫俊伯, 等. 双装药同步爆炸钢筋混凝土梁毁伤效应[J/OL]. 兵工学报, 2023(2023-07-15). https://doi.org/10.12382/bgxb.2023.0286.
|
|
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
杜敏, 金浏, 李冬, 等. 骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J]. 工程力学, 2017, 34(9): 54-63.
|
|
|
[39] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118899 URL |
[40] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2021.103815 URL |
[41] |
doi: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:3(261) URL |
[42] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2018.09.005 URL |
[43] |
武海军, 姚伟, 黄风雷, 等. 超高强度钢30CrMnSiNi2A动态力学性能实验研究[J]. 北京理工大学学报, 2010, 30(3): 258-262.
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