Page 63 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

σ σ σ σ

−3
第 45 卷 ε 胡学龙，等： 考虑动态拉压比影响的岩石损伤本构模型 ε −3 第 6 期
σ σ

280
200
σ 3 =27.6 MPa 240 σ 3 =48.3 MPa
160
200
σ t /MPa 120 σ t /MPa 160

80 120
80
40 Experiment 40 Experiment
Simulation Simulation
0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
ε t /10 −3 ε t /10 −3
(c) σ 3 =27.6 MPa (d) σ 3 =48.3 MPa
图 6 大理岩在不同围压下的应力-应变曲线
Fig. 6 Stress-strain curves of marble under different confining pressures
3.2 岩石拉伸试验
Okubo 等 [28] 对凝灰岩进行了单轴拉伸试验，获取了凝灰岩完整的应力-应变曲线。凝灰岩的基本物
理力学参数如下：密度 ρ=1920 kg/m ，弹性模量 E=5.87 GPa，泊松比 υ=0.23，单轴抗压强度 σ =32.92 MPa，
3
c
单轴抗拉强度 σ =2.71 MPa。凝灰岩单轴拉伸的数值模拟试验中所采用的其他模型参数如下：A=0，B=0，
t
−4
−3
C=0，β =1.0，β =1.0，b =1.8×10 ，D =0.04，D =1.0，μ crush =3.04×10 ，μ lock =0.024 5，p crush =11 MPa，p lock =
1
m
1
2
0
0.54 GPa，K =9.76 GPa，K =−21.80 GPa，K =401.85 GPa，η =0.98，η =160。有限元模型与试验试样保持一
1 2 3 1 2
∅ 25 mm ×50 mm [29] ，有限元网格尺寸为 2 mm。凝灰岩有限元模型与边界条
致，即形状为圆柱形，尺寸为
件如图 7 所示。
图 8 为凝灰岩单轴拉伸应力应变曲线，图中凝灰岩在单轴拉伸条件下经历了线弹性和软化两个过
程，凝灰岩单轴拉伸应力-应变曲线的数值模拟结果与试验数据比较吻合。

Displacement 3.0
loading Experiment
2.5 Simulation
25 mm 2.0
σ t /MPa 1.5
50 mm 1.0
0.5

0 5 10 15
Fixed boundary ε t /10 −4
图 7 凝灰岩单轴拉伸有限元模型及边界条件 图 8 凝灰岩单轴拉伸应力-应变曲线
Fig. 7 Uniaxial tensile finite element model Fig. 8 Uniaxial tensile stress-strain curve of tuff
and boundary conditions of tuff

3.3 子弹侵彻岩石试验
Seah 等 [34] 对花岗岩进行了子弹侵彻试验，该部分基于此试验对建立的模型进行验证。试验中钢制
子 弹 由 压 缩 气 体 枪 发 射 ， 通 过 光 电 池 系 统 测 量 子 弹 在 最 终 撞 击 目 标 之 前 的 初 速 度 。 钢 制 子 弹 长
94.9 mm，直径为 20 mm，质量为 0.2 kg，如图 9 所示。花岗岩靶尺寸为 600 mm×600 mm×100 mm，质量约
为 100 kg，由刚性钢板锚定，花岗岩弹道试验装置如图 10 所示。为了降低计算成本和提高计算效率，仅
对四分之一的花岗岩靶和钢制子弹进行建模，如图 11 所示。钢制子弹和花岗岩靶采用三维实体单元
SOLID 164。为了在节省计算时间的同时保证计算精度，对花岗岩靶进行了局部网格细化，花岗岩靶体

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