建立数值模型时,需要参考实验结果,试验结果主要在两个方面起作用[49]:一方面,为数值模型提供关于各相材料的力学性能等的数据进行参考;另一方面,实验结果可用来检验数值模拟结果是否可靠。在对混凝土进行数值模拟时,混凝土可以被看作由砂浆、骨料和过渡带组成的三相材料。国内较早进行过渡带性能的试验研究的是同济大学的吴科如[50]等人。69441
M.J.Forrestal、D.J. Frew[39]等采用高强钢弹对沙浆和混凝土靶进行了侵彻实验。实验结果表明了在弹体撞击速度超过何种数值时,弹体发生严重的偏航现象,弹从靶体侧面飞出。何翔、徐翔云[40]等对弹体高速侵彻混凝土的效应进行了实验研究。实验结果发现:弹体侵彻混凝土靶体时,弹体的非对称受力表现在高速时的比常规速度侵彻时明显,侵彻弹道经受骨料的影响不再呈一条直线,而是呈与速度方向偏离的曲线。
Chen[41]等研究了动能侵彻弹体的质量侵蚀模型。研究结果为:弹体动能以及混凝土骨料硬度均能显著影响对弹体的质量侵蚀。通过分析得出了弹体的质量在弹体头部发生侵蚀的结论。
美国空军[42]对块石混凝土的抗侵彻效应做了一些试验研究,得出结论:因为块石与混凝土基体有不一样的强度,在弹侵彻块石混凝土的过程中,弹体侵彻的弹道因为非均匀应力场的作用会发生偏转,并且因为块石有较高的强度,弹体击碎块石时会破坏弹体,从而弹体的侵彻能力会发生明显的下降。
对含有密排刚玉球的钢纤维的混凝土靶,孙岩[11]等对其抗侵彻性能进行了试验研究。试验得出结论:混凝土靶体中刚玉球层的埋深和直径会明显影响靶体抗侵彻能力。靶体中的刚玉球层会影响侵彻中弹体侵彻弹道,会偏转侵彻弹道。周布奎[48]等对刚玉球混凝土的抗侵彻效应做了试验研究。试验得出结论:靶体内刚玉球层会明显影响弹体的侵彻效应,可以使弹体的侵彻深度降低,刚玉球层的曲面特性一定程度上会使侵彻弹道发生偏转。论文网
以上研究表明混凝土材料的不均匀性会明显影响弹体的侵彻过程[45-49]。对混凝土进行基于细观力学的侵彻数值模拟,将有助于更深刻地认识混凝土的侵彻过程。
总体来看,关于骨料对混凝土靶侵彻的影响的已有的研究里,还没有过关于斜侵彻的数值模拟。骨料对于斜侵彻的影响和骨料对于正侵彻的影响不一定相同,例如在弹丸的侵彻速度的垂直分量与弹丸的正侵彻速度相同时,骨料对斜侵彻弹丸的偏转角的影响可能与骨料对正侵彻弹丸的偏转角的大小不同,侵彻深度的垂直分量也不一定相同。
水泥砂浆是混凝土的重要组成部分,在水泥砂浆的动态本构关系和破坏准则的基础上,建立了混凝土的渗透性数值分析。目前,一些学者对水泥砂浆的动态力学性能进行了试验研究,并提出了相关的动态本构关系。根据已有的试验结果,砂浆与混凝土相似,属于应变率敏感材料,随着应变率的增加,砂浆的动态强度增大[41]。
Janach[51]等在1990年对水泥浆和砂浆在压缩荷载下的应变率效应做了试验研究。得出结论:在一定的应变率以下,水泥砂浆和砂浆的应力-应变曲线均为非线性。
陈江瑛[52]等研究了水泥砂浆的力学性能。从实验可得出结论,水泥砂浆是一种应变率敏感材料,其应力和应变依赖于应变率,而强度和刚度随应变率的增加而增加。在实验的基础上,将线性粘弹性本构方程推广到水泥砂浆材料中,建立了砂浆和损伤演化率型非线性粘弹性本构方程。
综上所述,水泥砂浆是一种应变率敏感材料,围压对水泥砂浆力学性能的影响也很明显。这与混凝土的力学性能相似,因此,水泥砂浆可以是细骨料混凝土。