Page 122 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 张 臣，等： 高温与冲击耦合作用下超高性能混凝土的动态力学特性与本构方程 第 2 期

A和B 相乘，可以确定常温和高温条件下动态冲击模
引入温度软化因子后，将其与强度项中的参数
拟时 UHPC 的屈服面参数，修正后的 HJC 屈服面参数如表 2 所示。

表 2 不同温度下 HJC 屈服面参数
Table 2 HJC yield surface parameters under different temperatures
温度/℃ A B N κ C
25 0.243 1.5 0.5 1 0.003 3
200 0.17 1.05 0.5 0.7 0.003 3
400 0.09 0.56 0.5 0.375 0.003 3
600 0.01 0.06 0.5 0.04 0.003 3

3.2 数值模拟模型的建立与验证
3.2.1 SHPB 有限元模型的建立与材料参数的确定
为 验 证 修 正 后 的 HJC 屈 服 面 方 程 的 合 理
表 3 损伤参数及 UHPC 基本物理参数 [36]
性，开展 SHPB 动态冲击模拟。模拟时，首先需
Table 3 Damage parameters and basic physical
要建立杆和 UHPC 的有限元模型。其次，通过
parameters of UHPC [36]
LS-DYNA 中 的 DEFINE_CURVE 关 键 字 ， 将
−3
ρ/(g·cm ) f t /MPa f c /MPa D 1 D 2
SHPB 冲击实验中采集到的入射波时程曲线加
2.46 10.00 147.10 0.5 1.00
载 至 有 限 元 模 型 中 的 入 射 杆 端 。 最 后 ， 通 过
UHPC 静态力学实验获得 HJC 本构中的基本物
表 4 状态方程参数 [36]
理参数，并根据文献 [36] 确定状态方程参数及损
Table 4 Equation of state parameters [36]
伤参数，如表 3～4 所示。杆与 UHPC 之间采用
p c /MPa K 1 /GPa K 2 /GPa K 3 /GPa
CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE
49.00 8.50 17.10 20.80
接触，弹性杆的基本物理参数已在 1.3.1 节给出，
三维有限元模型如图 19 所示。
3.2.2 数值模拟结果分析
利 用 上 述 SHPB 有 限 元 模 型 ， 开 展 UHPC
动 态 冲 击 数 值 模 拟 ， SHPB 数 值 模 拟 结 果 处 理
方 法 与 实 验 相 同 ， 此 处 不 再 赘 述 。 图 20 给 出
了 同 一 温 度 下 开 展 2 组 冲 击 实 验 的 数 值 模 拟
结果与实验结果的对比。通过图 20 可以发现， Incident rod UHPC transmitting rod
在 25～ 600 ℃ 模 拟 工 况 中 ， 修 正 屈 服 面 后 的 图 19 SHPB 三维有限元模型
HJC 本构模型能够较好地表征 UHPC 弹性段和 Fig. 19 3D Finite Element Model for SHPB test
塑性段的力学行为。在 600 ℃ 模拟工况下，应
力-应变曲线塑性段的应力预测值偏小，在峰后段的预测值偏大，但峰值应力预测值与实验值的相对误差
在 5% 以内。由于混凝土为准脆性材料，峰值应力后，UHPC 已经破坏，因此不再关注其应力-应变变化情
况。数值模拟分析结果表明，通过修正屈服面方程能够较好地预测 UHPC 在高温与冲击耦合条件下的
力学性能。但在数值模拟过程中发现，由于该型 UHPC 内部含有钢纤维、细骨料，均质模型并不能准确
描述 UHPC 的损伤，需要考虑温度和应变率效应修正混凝土类的损伤演化方程，以描述 UHPC 在高温冲
击下的损伤演化过程。

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