Page 125 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 汪 腾，等： 基于不同本构模型下的白砂岩动态力学性能仿真分析与实验验证 第 12 期

峰值应力后，其回弹阶段也与实验曲线相重合。 140 Test
图 20 为冲击气压为 0.4 MPa 时实验冲击损 120 RHT
HJC
伤图。与双轴状态下冲击气压为 0.3 MPa 时冲 100 CSCM
击损伤图对比可知，白砂岩试件在 z 方向上的损 80
伤程度加剧，当冲击气压为 0.3 MPa 时，白砂岩 Stress/MPa 60
试 件 仅 在 z 方 向 上 出 现 小 范 围 的 碎 片 剥 离 现
40
象。随着冲击速度的提高，白砂岩试件的损伤更
20
明显，在 z 方向上出现大面积碎块，损伤角度也
随之增大。这是由于入射能量的增加导致试件 0 2 4 6 8
Strain/10 −3
内部产生更强的应力波和冲击载荷，从而提高了
岩石材料的变形和破坏程度。此外，由于应变率 图 19 通过不同本构模型得到的白砂岩试样在 0.4 MPa 的
冲击压力下的应力-应变曲线
效应使白砂岩试件的韧性下降。在高应变率下，
Fig. 19 Stress-strain curves of white sandstone specimen
更容易发生脆性断裂。
under the impact pressure of 0.4 MPa obtained by
图 21 为冲击气压为 0.4 MPa 时不同本构模 different constitutive models

型 数 值 模 拟 损 伤 云 图 。 RHT 本 构 模 型 损 伤 在
135°
z 方 向 上 损 伤 破 碎 程 度 加 剧 ， 呈 现 U 形 损 伤 特
征，试件未发生断裂。HJC 本构模型试件则发生
断裂，呈现 V 形损伤特征。而 CSCM 本构模型
损伤则从对角方向向中心衍生。3 种本构模型
损伤与冲击气压为 0.3 MPa 时相比，随着冲击速
度的提高，试件的损伤程度均提高，而损伤特征
均被保留。尽管冲击速度提高导致入射能量增
Y+
加和损伤程度提高，但由于本构模型是基于材料
的应力-应变关系和损伤演化机制，损伤特征与 图 20 试件在 0.4 MPa 的冲击压力下的冲击损伤
低冲击速度下保持相似。损伤加剧主要体现在 Fig. 20 Impact damage of white sandstone specimen
under the impact pressure of 0.4 MPa
损伤区域的大小和程度上，而损伤特征受到本构
模型的限制，并未发生根本性改变。

Damage Damage Damage/10 −3
1.0 0.70 6.0
0.9 0.63 5.4
0.8 0.56 4.8
0.7 0.49 4.2
z 0.6 0.42 3.6
y x 0.5 0.35 3.0
0.4
0.28
2.4
O 0.3 0.21 1.8
0.2 0.14 1.2
0.1 0.07 0.6
0 0 0
(a) RHT model (b) HJC model (c) CSCM model
图 21 不同的本构模型模拟得到的白砂岩石样在 0.4 MPa 冲击压力下的损伤云图
Fig. 21 Damage contours of white sandstone specimens under the impact pressure of 0.4 MPa
obtained by different constitutive models
4 结 论

为获得经典岩石本构模型在深部岩石动态力学数值仿真中的适用性，采用实验与仿真相结合的方
法对岩石数值分析中常用的 RHT 本构模型、HJC 本构模型、CSCM 本构模型开展了分析，首先对 3 种不

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