Page 164 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 刘振华，等： 基于非常规态近场动力学对混凝土动态拉伸断裂的数值模拟研究 第 12 期

4 结 论

为 了 准 确 预 测 爆 炸 冲 击 荷 载 作 用 下 混 凝 土 材 料 的 动 态 拉 伸 断 裂 破 坏 ， 首 先 建 立 了 修 正 的

Monaghan 人工体积黏性计算方法用于消除数值振荡；然后采用前期建立的等效计算应变率方法，用以准
确计算应变率突变时的应变率效应；进而将 2 种方法植入 NOSB-PD 框架中，开展了一维杆中的弹性波
传播的数值模拟，分析了人工体积黏性参数的影响并给出了参数建议值；最后将模型用于混凝土试件层
裂的数值模拟，对比分析了人工体积黏性、不同应变率效应计算方法对动态拉伸断裂预测结果的影响规
律。得到的主要结论如下。
(1) 在力矢量状态上额外附加修正的 Monaghan 人工体积黏性力矢量状态，可以有效地抑制 NOSB-
PD 中由变形梯度近似导致的非物理数值振荡现象。
(2) 通过讨论修正的 Monaghan 人工体积黏性参数（α 和 β）对一维杆中的弹性波传播影响规律，给出
了适合研究强间断波传播问题的人工体积黏性参数建议值：α=0.1，β=3.0。
(3) 通过对比分析人工体积黏性和不同应变率计算方法对混凝土层裂预测结果的影响，发现预测动
态拉伸断裂破坏需同时考虑人工体积黏性和等效计算应变率，建立的考虑人工体积黏性和等效计算应
变率的非常规态近场动力学模型可以很好地预测裂缝位置和数量，后期研究会将模型进一步用于弹体
侵彻和装药爆炸下混凝土材料动态破坏的数值模拟。

参考文献：
[1] 方秦, 陈小伟. 爆炸冲击效应与工程防护专辑·编者按 [J]. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2020, 50(2): 024601. DOI: 10.
1360/SSPMA-2019-0404.
FANG Q, CHEN X W. Special issue on impact and explosion effect and engineering protection [J]. SCIENTIA SINICA
Physica, Mechanica & Astronomica, 2020, 50(2): 024601. DOI: 10.1360/SSPMA-2019-0404.
[2] KONG X Z, FANG Q, WU H, et al. Numerical predictions of cratering and scabbing in concrete slabs subjected to projectile
impact using a modified version of HJC material model [J]. International Journal of Impact Engineering, 2016, 95: 61–71.
DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2016.04.014.
[3] KONG X Z, FANG Q, LI Q M, et al. Modified K&C model for cratering and scabbing of concrete slabs under projectile
impact [J]. International Journal of Impact Engineering, 2017, 108: 217–228. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2017.02.016.
[4] KONG X Z, FANG Q, CHEN L, et al. A new material model for concrete subjected to intense dynamic loadings [J].
International Journal of Impact Engineering, 2018, 120: 60–78. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2018.05.006.
[5] KONG X Z, FANG Q, ZHANG J H, et al. Numerical prediction of dynamic tensile failure in concrete by a corrected strain-
rate dependent nonlocal material model [J]. International Journal of Impact Engineering, 2020, 137: 103445. DOI:
10.1016/j.ijimpeng.2019.103445.
[6] KHOE Y S, WEERHEIJM J. Limitations of smeared crack models for dynamic analysis of concrete [C]//The 12th
International LS-DYNA Users Conference, 2012.
[7] KONG X Z, FANG Q, HONG J. A new damage-based nonlocal model for dynamic tensile failure of concrete material [J].
International Journal of Impact Engineering, 2019, 132: 103336. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.103336.
[8] XU K, LU Y. Numerical simulation study of spallation in reinforced concrete plates subjected to blast loading [J]. Computers &
Structures, 2006, 84(5/6): 431–438. DOI: 10.1016/j.compstruc.2005.09.029.
[9] LI J, HAO H. Numerical study of concrete spall damage to blast loads [J]. International Journal of Impact Engineering, 2014,
68: 41–55. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2014.02.001.
[10] 孔祥振, 方秦. 基于 SPH 方法对强动载下混凝土结构损伤破坏的数值模拟研究 [J]. 中国科学: 物理学 力学 天文学,
2020, 50(2): 25–33. DOI: 10.1360/SSPMA-2019-0186.
KONG X Z, FANG Q. Numerical predictions of failures in concrete structures subjected to intense dynamic loadings using the
smooth particle hydrodynamics method [J]. SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica, 2020, 50(2): 25–33.
DOI: 10.1360/SSPMA-2019-0186.
[11] YANG Y Z, FANG Q, KONG X Z. Failure mode and stress wave propagation in concrete target subjected to a projectile

124201-12