冲击压缩下准脆性材料含微裂纹损伤的本构模型-材料工程.PDF

1 材料工程 / 2007 年3 期 Micro-cracks Damage Constitutive Model of Quas-i brittle M aterials Subjected to Shock Compression 任会兰, 宁建国 ( 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京 1000 1) REN Hu-i lan, NING Jian-guo( State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 1000 1, China) : 基于准脆性材料 翼型拉伸裂纹的成核准则, 运用细观损伤理论推导了翼型裂纹损伤对材料弹性模量的弱化作 用。考虑裂纹扩展对材料动态断裂的滞后效应, 建立了动态裂纹扩展准则, 并给出损伤演化方程, 在此基础上建立了准 脆性材料单轴冲击压缩下的动态损伤本构模型。结合氧化铝陶瓷材料独特的力学响应和破坏特性, 讨论了模型 微裂 纹成核参数、微裂纹尺寸对动态断裂强度的影响, 并用该模型计算了单轴压缩下氧化铝陶瓷的应力应变曲线, 数值结果 与实验结果吻合良好。 : 准脆性材料; 翼型拉伸裂纹; 扩展准则; 损伤本构模型 : O3471 1 : A : 1001-43 1(2007) 03-001-04 Abstract: Based on the nucleation criterion of w ing tension crack of quasi-brittle material, the decrease of elastic moduli of material resulted from the crack damage are derived utilizing micro-mechanics the- ory. The influence of crack growth velocity on dynamic failure toughness is considered in dynamic growth criterion. T he damage constitutive model for brittle materials subjected to compressive loading is developed. T he influence of parameters of micro-cracks nucleation, initial crack size on dynamic failure strength are discussed. The stress-strain curves under high strain rate for alumina are com- pared to the experimental results and a good correlation is obtained. Key words: quas-i brittle; w ing tension crack; growth criterion; damage constitutive model 在岩石, 混凝土和陶瓷等准脆性材料 , 分散着 1 大量的原始微缺陷。这些微缺陷在冲击载荷作用下将 导致微裂纹的形成、扩展和汇合, 对材料刚度和强度产 单轴压缩下, 由于脆性材料的破坏主要是微裂纹 生明显的弱化作用, 在应力应变关系上表现为非线性 的成核与扩展导致材料承载能力的下降, 损伤累积达 变形。单轴冲击压缩下由于侧向约束为自由状态, 微