【摘要】：非連續(xù)變形分析(Discontinuous Deformation Analysis,DDA)數(shù)值方法擅長模擬不連續(xù)材料體的變形破壞和大位移力學行為,它已經(jīng)在巖體結構破壞失穩(wěn)模擬等方面得到了廣泛的應用。目前,DDA方法中采用的本構模型是線彈性本構模型,不能模擬材料的非線性應力-應變響應,這是導致計算結果不夠真實的一個重要因素。本文從材料本構關系的角度出發(fā),在DDA方法中實現(xiàn)了彈脆性本構模型、損傷本構模型和Johnson-Cook本構模型,從而能更好地采用DDA方法模擬不同材料的非線性應力-應變響應力學行為。首先,將巖石力學領域比較常用的彈脆性本構模型引入到DDA方法中。彈脆性本構模型參數(shù)較少,DDA實現(xiàn)較為簡單,其實現(xiàn)基于DDA方法的子塊體節(jié)理面開裂算法。子塊體節(jié)理面開裂算法本身已經(jīng)被成功應用于模擬諸多靜態(tài)和動態(tài)巖石力學問題,比如巴西劈裂和鑿巖爆破等。在彈脆性本構模型的應用上,模擬了方件壓縮試驗,并討論了殘余應力系數(shù)對模擬結果的影響。其次,從損傷角度出發(fā),將彈性損傷本構模型引入到DDA方法中。采用不同的加載歷史,模擬長桿單元模型的應力-應變關系,并與理論應力-應變曲線進行對比,從而驗證損傷本構模型在DDA方法中實現(xiàn)的正確性。模擬了方件壓縮試驗,并討論了允許開裂時的損傷值與子塊體節(jié)理面開裂算法中單元開裂邊數(shù)對模擬結果的影響。當允許開裂時的損傷值為0.8和開裂3條邊(采用三角形劃分子塊體單元),模擬結果與其他數(shù)值模擬方法得到的結果最為接近。而后,將能夠描述金屬材料應力-應變響應的Johnson-Cook本構模型引入到DDA方法中,并將長桿單元模型的應力-應變響應模擬結果與實驗結果進行對比,探討了不同加載率條件下參考應變率的取值。在此基礎上,模擬了長桿模型的拉伸試驗,其結果與實驗結果和有限元模擬結果較為接近。最后,將彈脆性本構模型、彈性損傷本構模型以及Johnson-Cook本構模型運用到彈體侵徹試驗的DDA模擬中。與采用線彈性本構模型模擬的結果相比,發(fā)現(xiàn)DDA方法對彈體侵徹這類復雜力學問題的模擬能力明顯提高。
[Abstract]:The numerical method of discontinuity deformation analysis (Discontinuous Deformation Analysis,DDA) is good at simulating the deformation and failure and large displacement mechanical behavior of discontinuous materials, which has been widely used in the simulation of failure and instability of rock mass structures. At present, the constitutive model used in DDA method is linear elastic constitutive model, which can not simulate the nonlinear stress-strain response of materials, which is an important factor that leads to the unreal calculation results. In this paper, the elastic-brittle constitutive model, damage constitutive model and Johnson-Cook constitutive model are realized in DDA method from the point of view of material constitutive relation, so that the nonlinear stress-strain response mechanical behavior of different materials can be better simulated by DDA method. Firstly, the elastic-brittle constitutive model, which is commonly used in rock mechanics, is introduced into DDA method. The elastic-brittle constitutive model has fewer parameters and the implementation of DDA is relatively simple. The crack algorithm of subblock joint surface based on DDA method is realized. The subblock joint cracking algorithm itself has been successfully applied to simulate many static and dynamic rock mechanics problems, such as Brazilian fracturing and rock drilling blasting. In the application of elastic-brittle constitutive model, the compression test of square parts is simulated, and the influence of residual stress coefficient on the simulation results is discussed. Secondly, from the point of view of damage, the elastic damage constitutive model is introduced into DDA method. The stress-strain relationship of the long bar element model is simulated by using different loading history and compared with the theoretical stress-strain curve to verify the correctness of the damage constitutive model in DDA method. The compression test of square parts is simulated, and the influence of the damage value of allowable cracking and the number of element cracking edges in the crack algorithm of subblock joint surface on the simulation results is discussed. When the damage value is 0.8 and the cracking three sides are allowed to crack (using triangular molecular block element), the simulation results are most close to those obtained by other numerical simulation methods. Then, the Johnson-Cook constitutive model, which can describe the stress-strain response of metal materials, is introduced into the DDA method, and the simulation results of stress-strain response of the long rod element model are compared with the experimental results, and the values of the reference strain rate under different loading rates are discussed. On this basis, the tensile test of the long bar model is simulated, and the results are close to the experimental results and the finite element simulation results. Finally, the elastic-brittle Constitutive Model, Elastic damage Constitutive Model and Johnson-Cook Constitutive Model are applied to the DDA simulation of missile penetration test. Compared with the simulation results of linear elastic constitutive model, it is found that the simulation ability of DDA method for the penetration of projectiles into such complex mechanical problems is obviously improved.
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB301

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本文編號：2500628