Page 148 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 吴 昊，等： CFRP布加固砌体填充墙抗爆分析与设计 第 9 期

1.2.2 CFRP 布
单向 CFRP 布是一种弹脆性正交各向异性材料，由连续的长纤维在基体中沿着一个方向平行排布
而成。纤维是材料的主要承载部分，基体在材料中起到固定纤维的作用，确保纤维间能共同受力。本文

中采用*ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE 材料模型 [18] 表征 CFRP 的力学性能，通过调整纤维方向弹
性模量（E ）、基体方向弹性模量（E ）、纤维方向最大拉伸应变（ε ）和基体方向最大拉伸应变（ε ）等内
11 22 f,t m,t
置参数，分别定义单向 FRP 布沿纤维（方向 1）和基体（方向 2）的材料特性，如图 4 所示。CFRP 布弹性阶
段沿纤维方向和基体方向的应力-应变关系可分别表示。
沿纤维方向：
1
ε 11 = (σ 11 −νσ 22 ) (3)
E 11
沿基体方向：
1
ε 22 = (σ 22 −νσ 11 ) (4)
E 22
ν
式中： ε 11 和 ε 22 分别为纤维方向和基体方向的应变， σ 11 和 σ 22 分别为纤维方向和基体方向的法向应力，
为材料的泊松比。

Fiber direction Matrix direction

2
1

Unidirectional fiber
图 4 单向 FRP 布及示意图
Fig. 4 Unidirectional FRP sheet and schematic diagram

该模型采用 Chang-Chang 失效准则 [20-21] 定义 CFRP 布纤维和基体断裂，其失效模式与受力状态相
σ 22 ＞0 ）可分别表示为：
关，纤维拉伸失效（ σ 11 ＞0 ）和基体拉伸失效（
Å ã 2 Å ã 2
σ 11 σ 12
+β ≥1 (5)
X t S c
Å ã 2 Å ã 2
σ 22 σ 12
+β ≥1 (6)
Y t S c
β 为剪应力加权系数，通常取 0～1，本文中取值为零；X 和 t Y 分别为纤维方向和基体方向的拉伸强
t
式中：
c σ 12 为剪切应力。本文中所采用的 布材料参数如表 所示。
度；S 为剪切强度； CFRP 1

[7, 22]
表 1 CFRP 材料参数
Table 1 Material parameters of CFRP [7, 22]
−3
密度/(kg·m ) 厚度/mm ν X t /MPa Y t /MPa S c /MPa E 11 /GPa E 22 /GPa ε f,t ε m,t
1 580 0.167 0.019 2 800 87 170 218 9 0.016 0.012

1.3 边界及接触

1.3.1 扩展砌块间接触
采用双线性内聚力接触模型描述砌体填充墙简化分离模型中扩展砌块间的界面力学性能，如图 5
所示。通过 LS-DYNA 中内置的关键字*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_ TIEBREAK

（OPTION 取值为 9） [18] 定义 3 种破坏模式：法向的拉伸破坏（模式Ⅰ）、切向的剪切破坏（模式Ⅱ）和 2 种

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