Page 70 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 周永旺，等： 基于动静态力学试验下的红砂岩Holmquist-Johnson-Cook本构与数值模拟研究 第 8 期

Test

Simulation

t=0 μs t=100 μs t=150 μs t=400 μs

图 21 动态压缩试验与模拟的红砂岩动态断裂图对比
Fig. 21 Comparison of dynamic fracture patterns between compression test and simulation

图 22 为不同应变率下红砂岩的数值模拟和动态压缩试验应力-应变曲线的比较，数值模拟中应变
率 75、108 和 127 s 对应的峰值应力分别为 130.13、136.83 和 152.81 MPa，与真实的动态压缩试验相比
−1
其相对误差分别为 1.3%、6.5% 和 3.7%。可以看出，在未达到最大峰值应力时，数值模拟与试验的应力-
应变曲线基本一致，反映了确定的红砂岩的 HJC 本构模型参数在一定程度上能够再现红砂岩的动态力
学性能。在数值模拟中，试件的部分网格会自动删除，会干扰动态压缩失效段应力波的传递过程，造成
数值模拟结果与试验失效段应力-应变曲线一致性较差。

160 160 160

Test Test Test
Simulation Simulation Simulation
Stress/MPa 120 Stress/MPa 120 Stress/MPa 120
80
80
80
40 40 40

0 0.004 0.008 0.012 0.016 0 0.004 0.008 0.012 0.016 0 0.004 0.008 0.012 0.016
Strain Strain Strain
(a) 75 s −1 (b) 108 s −1 (c) 127 s −1
图 22 不同应变率下动态压缩试验与模拟的应力-应变曲线对比曲线
Fig. 22 Comparison of dynamic compressive stress-strain curves at different strain rates between test and simulation

5 结 论

本文针对红砂岩分别开展不同围压下和不同应变率下红砂岩的力学特性研究，并基于动静态力学
试验对红砂岩的 Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本构模型的参数进行确定。采用已经确定的红砂岩的

HJC 本构模型参数，建立了 SHPB 动态压缩试验的有限元模型，对参数进行了验证，得到的主要结论如下。
(1) 通过红砂岩的动静态力学试验数据，结合 HJC 模型的强度方程、状态方程和损伤方程的分析，对

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