应力状态效应和应变率效应耦合的混凝土动态损伤演化研究

混凝土的动态损伤演化规律是混凝土动态物性方程（包括本构方程和状态方程）的重要组成部分。本项目探索应力状态和应变率对混凝土动态损伤演化的耦合作用效应。首先，在理论上，从细观的层次建立微裂纹成核判据，通过裂纹长度演化规律和微孔洞长大的Eshelby理论建立单个微损伤的长大与应力状态和应变率之间的关联。然后通过微损伤数密度的统计积分得到唯像损伤量的应力状态和应变率的相关性。在实验方面，设计直径为100毫米的大尺寸混凝土试样主动围压的SHPB实验研究技术，配合一维应力的SHPB实验技术，以及准一维应变的一级轻气炮实验技术，探索应力状态效应和应变率效应对混凝土唯像动态损伤演化的耦合作用。本项目的最后研究结果，将给出应力状态和应变率，以及混凝土内禀时间，局部拉伸强度等参量对混凝土动态损伤演化的定量、显式的关联关系。本项目的研究将为建立合理的基于损伤演化的混凝土动态本构关系建立理论基础。

混凝土材料在爆炸、高速撞击作用下的动态响应具有明显的应力状态效应和应变率效应。本项目开展了应力状态效应和应变率效应耦合的混凝土动态损伤演化规律的研究，揭示混凝土宏观力学行为与损伤演化的内在联系。主要内容包括：（1）混凝土动态响应的粘弹性物性方程研究。材料内部的微损伤将影响材料的宏观力学性能，同时宏观力学性能也影响着微损伤的演化。对混凝土动态损伤演化的机理和规律更深入地了解，必须建立在应力状态和应变率耦合效应的实验研究和有效的数值模拟相结合的基础上。研究损伤需要两组方程，一组是材料的物性方程，另一组是损伤演化方程。建立动态响应的粘弹性物性方程（状态方程和本构关系），为分析损伤演化建立了理论基础。（2）多轴载荷下与应变率关联的混凝土动态响应实验研究。测试材料内禀时间，分别利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）、气炮设备开展了一维应力状态，被动围压和准一维应变状态下的混凝土动态响应实验研究。（3）混凝土宏观损伤观测和动态损伤本构的数值模拟。应力状态效应和应变率效应耦合的混凝土动态损伤演化的机理很复杂，数值模拟中的相关影响因素也非常多，对混凝土用改进型的RHT模型和损伤耦合的粘弹性物性方程进行数值模拟，模拟结果与实验曲线能较好吻合。