Page 112 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 郝礼楷，等： JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究 第 2 期

深度略有增大，分别为 54.8 cm（4.6 倍装药直径） 表 4 钢筋混凝土墙毁伤试验结果
和 12.6 cm（1.1 倍装药直径）。内部侵彻孔洞直 Table 4 Test results of the reinforced concrete wall
径变化不大，前后直径分别为 6.3 cm（0.50 倍装 炸高/cm D 1 /cm D 2 /cm D 3 /cm D 4 /cm H 1 /cm H 2 /cm
药直径）和 6.5 cm（0.50 倍装药直径）。试验中墙 20 57.5 40.5 6.5 6.2 9.8 10.4
体内部钢筋被 JPC 打断，断口附近的钢筋发生弯 30 39.3 54.8 6.3 6.5 8.8 12.6
曲变形，出现明显的颈缩现象。周围其余钢筋由
于受到冲击、压缩和拉伸等复杂作用，同样存在
弯曲变形。

3 数值模拟

3.1 数值模型
Air
在聚能装药近炸作用下，JPC 高速侵彻和爆
JPC
炸冲击波会对结构造成联合毁伤 [12-13] 。本文中，
Air JH-2 explosive
为尽可能真实复现墙体崩落成坑以及内部侵彻
孔洞等多种破坏现象，需要构建较大范围的空气 Liner
域，用于 JPC 和爆轰压力的传递。考虑墙体内部
钢筋的横向和纵向间距较大，结构整体配筋率不
高，钢筋对破坏结果影响有限，忽略墙体中的构
Concrete wall
造 钢 筋 ， 采 用 2D 轴 对 称 建 模 进 行 数 值 模 拟 分
析。建立如图 10 所示的数值模型，空气、炸药
和 药 型 罩 采 用 ALE 算 法 ， 钢 筋 混 凝 土 墙 采 用
Lagrange 算法，结构之间的相互作用采用流固耦
图 10 JPC 聚能装药破坏钢筋混凝土墙的数值模型
合算法。
Fig. 10 Numerical model of reinforced concrete wall
3.2 混凝土材料模型 damaged by the JPC
3.2.1 损伤参数
第三代 K&C（Karagozian & Case）混凝土模型中考虑了应变率效应、拉伸和压缩损伤等，能够较为准
确地描述混凝土的力学特性。该模型仅通过输入无侧限抗压强度、材料密度、泊松比以及长度和应力单
位转换因子，便能够自动生成其他参数以及状态方程，相比其他混凝土模型，具有更好的便利性，广泛应
用于爆炸、侵彻等方面 [14] 。
混凝土本构关系直接影响数值模拟结果的准确度。而现有多项研究表明，K&C 模型默认自动生成
参数对混凝土动态响应描述不够准确，精确分析时需要对其进行局部调整，主要包括损伤演化参数 b 、
1
b 以及应变率增强效应等，以使该模型更精确表达混凝土材料的实际行为 [15–17] 。
2
K&C 模型中损伤演化参数 b （默认值为 1.60）、b （默认值为 1.35）分别控制混凝土的压缩软化损伤
2
1
和拉伸软化损伤行为。单元尺寸的大小对混凝土的应变软化行为有着直接的影响，随着单元尺寸的增
大，应变软化将加速，难以保证恒定的能量耗散 。尤其是压缩软化参数 b 的取值与单元尺寸密切关联 ，
[19]
[18]
1
b 默认值（1.60）适用于 102 mm 的单元 [20] ，因此需要根据具体实际工况对 b 、b 进行适当调整，满足不同
1
2
1
尺寸单元的断裂能要求。参考 Wu 等 [14] 关于 b 、b 取值建议，计算公式如下：
2
1
b 1 = 0.013 5h+0.79 (1)
′2
2
−4
−5
′
b 2 = (1.4×10 w −0.039w lz +3.06)(0.516−8.4×10 f c +0.014 f c ) (2)
lz
式中：h 为单元尺寸，mm；w 为局部化宽度，mm，通常为最大骨料直径的 3 倍；f '为混凝土圆柱体抗压强
z
l
c
度，MPa。
023302-6