分析模拟混凝土细观结构对侵彻破坏影响，采用随机骨料模型，在前人研究的基础上 ，提出了一种新的混凝土三维凸 型骨料的投放与生成方法一分区投放与射线延拓法 ，减小了骨料投放与生成所需的判别区域 ，改善了骨料随机投放过程中的效 率问题。采用背景网格划分法 ，使得三维数值建模与计算效率更高。在此基础上采用动力有限元程序开展了弹体侵彻混凝土细观 数值模拟，相对于均质材料 ，由于骨料的存在引起的混凝土材料性能的不均匀性，从而对弹体侵彻性能影响的初步认识 ，研究结 果为混凝土细观数值建模与弹体设计评估提供参考。 关键词 ： 混凝土 ；随机骨料；数值模拟 ；侵彻 中图分类号 ： TU528．叭 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)06—0016—04 Numericalsimulationofconcrete3Dmeso—mechanicalmodeSUbjectedtoprojectilepenetration LIANGBin，WANGQihua，LU Yonggang (InstituteofSystemsofEngineering，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China) Abstract： Thealgorithm ofthree—dimensionalnumericalmodelformicro—SCaleconcretewasstudied．A three—dimensionalrandom ag— gregategeneratedan dthrowerprogram iscompiledbyanew kindofalgorithm accordingtoan alysisofrelatedalgorithmsbasedonthefor_ mcrinvestigation．W hichcanreduceavoidtheconfineincalculation．Theefi cientofthealgorithm isimprovedbyusingthesubareafill method．Theeficientof dgeneratewasimprovedbyusingthebackground dprojectionmethod．Theconcrete3-D mesonumerical modeofprojectilepenetrationwasestablishedbynonlineardynamicalanalysessoftware．Theresultsofnumeric~simulationforpene~a- tionconcreteindicatedthatmaterialheterogeneousWaSmainreasonforinfluencepenetrationperformancediferentfrom isotropymateria1． Keyw ords： concrete；random aggregate；numericalsimulation；penetration 0 引言混凝 土由于 良好的物理力学性能 以及原材料广泛 ，是 民用和防护工程 中运用最多 的工程材料 ，也是武器研发中 涉及较多的靶标 ，与之相关 的侵彻破坏分析成为近期材料 和武器研制人员研究的热点也是难点 之一 。在现有 的混凝 土侵彻破坏分析 中，一般假设混凝土为各 向同性的均匀性 材料 ，但混凝土实际上是 由骨料 、砂浆和二者间的黏结带 组成的三相复合材 料【”，各组成相 的力学性能存在一定 的 差异 ，具有明显的非均匀性和各向异性[2]。其非均匀性 和各 向异性将影响动能弹的侵彻弹道 。 随着大容量高速计算机的出现 ，基于细观层次上的数 值模 拟已成为可能 ，研究者在该领域开展了卓有成效的工 作 。数值试验 由二维发展 到三维 ，骨料形状 的模拟 由圆形 到椭圆进而发展到任意多变形。骨料的网格剖分有映射 网 格方法翻和 自由网格剖分 ，但剖分规模大难 以用于三维情 形 。目前对于二维数值混凝土研究相对较多 ，也较成熟 。其 中高正 国嘲、Cheng—BinDu同等给出了二维混凝土任意形状 收 稿 日期 ：2013—12-29 基金项 目：国家 自然科学基金项 目(11002134) · l6 · 骨料随机投放算法 。马怀发 、WangZM闻、刘光廷 、程伟 峰[1州等进行 了三维凸型混凝土骨料随机投放算法的研究 ， 取得了大量的研究成果 。国内在 弹体侵彻混凝土靶细观数 值建模 和分析方面报道较少。本研究从混凝 土细观数值建 模 出发 ，初步分析混凝土的非均匀性对动能弹侵彻性能以 及靶体破坏特性 的影响。 1 混凝土细观数值建模 分析模型 中假设混凝土为三级级配 ，即假设混凝土 中 含三种直径(30、15、8m／n)的多边形骨料 。混凝 土靶的整 体 尺寸为(500mmx250mmx2500mm)，骨料 随机分布在 其空间范 围内，在骨料 外表面附着 1mln厚 的黏结 区域 ， 空间的其余位置为砂浆。 采用富勒(Ful1er)三维骨料级配曲线转化到二维骨料 级配曲线的瓦拉文(Walaraven)公式确定骨料颗粒数 ，按照 蒙特卡罗方法在试件 内随机生成骨料分布模 型。 用 vc++编写 的骨料随机生成程序 ，其算法框图如图 1 所示 。用此方法生成 的二维和三维骨料模型如 图 2所示 。

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