侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷效應(yīng)分析

楊廣棟，王高輝，盧文波，金旭浩，嚴鵬，陳明，李麒

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侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷效應(yīng)分析

楊廣棟1，王高輝1，盧文波1，金旭浩2，嚴鵬1，陳明1，李麒1

(1. 武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢，430072； 2. 水利部科技推廣中心，北京，100000)

考慮彈體侵徹、爆炸高加載率下混凝土的應(yīng)變率效應(yīng)，首先采用SPH?Lagrange算法建立彈體高速侵徹耦合模型，研究高速鉆地制導炸彈的侵徹毀傷過程及其破壞特征；同時采用SPH算法建立考慮初始侵徹損傷的內(nèi)部爆炸耦合模型，對比分析彈體侵徹與爆炸聯(lián)合作用和彈體直接內(nèi)部爆炸這2種條件下的混凝土毀傷特征，探討鉆地制導炸彈的初始侵徹損傷對混凝土內(nèi)部爆炸毀傷破壞過程的影響。研究結(jié)果表明：高速彈體的侵徹只造成混凝土結(jié)構(gòu)的局部損傷；在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下，混凝土結(jié)構(gòu)將發(fā)生嚴重破壞。初始侵徹毀傷對混凝土內(nèi)部爆炸的毀傷機理有重要影響。

彈體侵徹；內(nèi)部爆炸；毀傷機理；毀傷特征

近年來，由于恐怖襲擊活動頻繁發(fā)生以及國際局勢日趨緊張，在結(jié)構(gòu)防護領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)的抗爆防護性能已日益引起人們的關(guān)注[1]。而且隨著精確制導武器的發(fā)展，其命中精度、鉆地深度和破壞威力都得到了很大提升，打擊地面目標的能力越來越強。重要建筑物如大壩、橋梁、核反應(yīng)堆等在局部戰(zhàn)爭或恐怖活動中都將面臨被直接命中打擊的威脅，一旦失事，將給國家和人民帶來巨大的經(jīng)濟和人員損失。因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)在鉆地導彈侵徹與爆炸聯(lián)合作用下的毀傷效應(yīng)，對結(jié)構(gòu)的抗爆防護設(shè)計及應(yīng)急方案的采取都具有重要意義。侵徹與爆炸聯(lián)合作用下的混凝土結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究主要涉及彈體高速侵徹破壞過程及炸藥在含初始侵徹損傷條件下的爆炸耦合作用過程。目前，國內(nèi)外研究者對混凝土結(jié)構(gòu)在侵徹、爆炸荷載作用下動力響應(yīng)的研究相對獨立，有關(guān)侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土結(jié)構(gòu)毀傷特征方面的研究成果較少。在高速侵徹毀傷破壞過程方面，PRAKASH等[2]研究了高速沖擊荷載作用下，鋼纖維的含量以及混凝土板的厚度對侵徹響應(yīng)的影響，并采用改進的RHT模型模擬鋼纖維混凝土，取得了良好的效果；ALMUSALLAM等[3]通過彈體打擊纖維混凝土板試驗，研究了混合纖維共同作用下混凝土板的抗沖擊性能；FREW等[4]通過彈體打擊不同直徑的混凝土靶試驗，研究了混凝土靶體直徑對彈體侵徹深度的影響以及彈體侵徹混凝土靶體的運動過程。在混凝土爆炸毀傷方面，付躍升等[5]研究了鋼筋混凝土靶在內(nèi)部爆炸荷載作用下自由面的破壞效應(yīng)；LI等[6]研究了空中起爆條件下，鋼筋混凝土板的破壞模式；張社榮等[7]研究了水下爆炸沖擊荷載作用下混凝土重力壩的抗爆性能；RABCZUK等[8]通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬方法比較了不同厚度混凝土板在炸藥接觸爆炸條件下，混凝土靶板正面及背面的爆坑直徑及深度。對于彈體侵徹到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部爆炸的研究，處理方法基本有2種：1) 將彈藥直接埋置于混凝土內(nèi)部進行起爆。冷冰林等[9]采用該方法研究了內(nèi)部爆炸荷載作用下混凝土的空腔形成和發(fā)展規(guī)律等動力響應(yīng)問題；LAI等[10]通過試驗研究了不同埋深、不同裝藥量下超強度混凝土的破壞特征。2) 將彈藥以炮孔裝藥的形式放置于混凝土內(nèi)部，炮孔不堵塞。楊冬梅等[11]通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值仿真，分析得到了混凝土介質(zhì)靶中爆炸問題數(shù)值模擬的合適算法；張海英等[12]通過試驗研究一定裝藥條件下混凝土靶的臨界震塌厚度和相應(yīng)的臨界裝藥量。以上研究均未考慮彈體的侵徹效應(yīng)，為此，本文作者通過建立彈體侵徹及侵徹和爆炸聯(lián)合作用下的混凝土動力計算模型，研究彈體侵徹混凝土的損傷發(fā)展過程，對比分析彈體侵徹和爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷特征與彈體在混凝土內(nèi)部直接爆炸條件下混凝土毀傷分布特征之間的差異，探討初始侵徹損傷對混凝土內(nèi)部爆炸毀傷機理的影響，以便為彈體侵徹和爆炸聯(lián)合作用下混凝土建筑物的毀傷效應(yīng)及防護研究提供參考依據(jù)。

1 材料模型及狀態(tài)方程

1.1 混凝土非線性動態(tài)本構(gòu)損傷模型

在侵徹、爆炸等極端荷載作用下，混凝土材料通常會出現(xiàn)應(yīng)變率效應(yīng)，本文采用RHT模型[13]模擬混凝土在彈體侵徹、爆炸作用下的損傷發(fā)展過程。該模型除了具有壓力依賴性、應(yīng)變速率敏感性和壓縮損傷軟化等特點外，同時引入了偏應(yīng)力張量第三不變量對破壞面形狀的影響，考慮了拉靜水區(qū)和壓靜水區(qū)應(yīng)變率敏感性的差異性。RHT模型中引入了彈性極限面、失效面及殘余強度面作為3個控制破壞面以描述混凝土材料的初始屈服強度、失效強度和殘余強度，如圖1所示。

圖1 RHT本構(gòu)模型的3個失效面

RHT模型失效面方程為

RHT本構(gòu)模型的損傷定義為：

1.2 狀態(tài)方程

采用JWL狀態(tài)方程模擬炸藥在爆炸過程中壓力和內(nèi)能及爆轟產(chǎn)物的相對體積之間的關(guān)系[16]：

表1 RHT模型主要參數(shù)

式中：為爆轟壓力；為爆轟產(chǎn)物的相對體積(爆轟產(chǎn)物體積與炸藥初始體積之比)。0=6.0 GJ/m3，= 1 630 kg/m3，1=373.77 GPa，1=3.75 GPa，1=4.15，2=0.90。為材料常數(shù)，=0.35。

2 內(nèi)部爆炸耦合模型驗證

在沖擊、爆炸等極端荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生很大程度的變形。采用常規(guī)有限元法對其進行數(shù)值模擬時容易因網(wǎng)格高度畸變而導致計算中斷或計算結(jié)果錯誤。相對于傳統(tǒng)的基于網(wǎng)格的數(shù)值方法，光滑粒子流體動力學(smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法可有效地模擬連續(xù)體結(jié)構(gòu)的解體、碎裂等大變形問題，無需網(wǎng)格重構(gòu)，并且能夠保證計算精度[17?19]。因此，選用SPH法模擬混凝土結(jié)構(gòu)在彈體侵徹、爆炸作用下的損傷發(fā)展過程及毀傷分布特征。

選取楊冬梅等[11]的混凝土內(nèi)部爆炸現(xiàn)場試驗為研究對象，通過數(shù)值模擬再現(xiàn)其損傷破壞特征，用于驗證內(nèi)部爆炸耦合模型的可靠性。在該現(xiàn)場試驗中，混凝土靶為圓柱體，半徑為0.5 m，長度為1.0 m。在混凝土靶體軸線處開口裝藥，裝藥直徑為18.0 mm，長度為90.0 mm，炮孔不堵塞，藥柱內(nèi)端面距混凝土靶背100.0 mm。試驗?zāi)Ｐ秃陀嬎隳Ｐ头謩e如圖2和圖3所示。炸藥密度為1 580 kg/m3，混凝土抗壓強度為35.0 MPa。現(xiàn)場試驗結(jié)果如圖4(a)所示，測得彈坑直徑為290 mm，彈坑深度為130 mm。

單位：mm

圖3 計算模型圖

(a) 現(xiàn)場試驗結(jié)果圖[11]；(b) 模擬結(jié)果圖

根據(jù)文獻[11]中試驗數(shù)據(jù)，采用SPH方法建立混凝土內(nèi)部爆炸耦合模型。因模型具有軸對稱性，為減少計算時間，采用1/4計算模型?；炷敛牧?、炸藥均采用SPH粒子?；炷亮Ｗ又睆綖?.0 mm，粒子總數(shù)為896 000；炸藥粒子直徑為3.0 mm，粒子總數(shù)為240。炸藥起爆方式采用正向起爆。

基于SPH耦合方法，模擬得到混凝土內(nèi)部爆炸條件下的毀傷結(jié)果如圖4(b)所示，并與文獻中的現(xiàn)場試驗結(jié)果進行對比(見圖4(a))。由圖4(b)可知：利用本文的爆炸耦合模型模擬的彈坑直徑為300 mm，深度為 140 mm，與現(xiàn)場實測結(jié)果(彈坑直徑為290 mm，深度為130 mm)較吻合，且數(shù)值模擬得到的裂縫發(fā)展趨勢和范圍與試驗結(jié)果大體相符，說明本文采用的數(shù)值模型可以有效預(yù)測內(nèi)部爆炸荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)的毀傷破壞過程。

3 彈體高速侵徹破壞過程分析

以某混凝土重力壩的壩頭尺寸為參照，混凝土靶體取長×寬×高為15.0 m×15.0 m×15.0 m的立方體，研究其在制導炸彈侵徹與爆炸聯(lián)合作用下的毀傷效應(yīng)。本文首先采用SPH?Lagrange耦合方法，建立彈體高速沖擊作用下的侵徹耦合模型，研究高速彈體侵徹作用下混凝土靶體的損傷發(fā)展過程。

為節(jié)約計算時間，混凝土靶體采用1/4模型進行計算，如圖5(a)所示?；炷敛牧喜捎肦HT本構(gòu)模型，利用SPH法進行數(shù)值模擬，混凝土粒子直徑為0.15 m，粒子總數(shù)為250 000。不考慮邊界效應(yīng)的影響。

彈體以某制導導彈為研究對象，結(jié)構(gòu)尺寸如圖5(b)所示。彈體密度為7 830 kg/m3，質(zhì)量為2 130 kg，長為3.2 m，直徑為0.37 m，彈頭半徑為1.11 m，彈頭蛋形曲率半徑(即彈頭半徑與彈體直徑之比)為3.0，垂直打擊混凝土靶體的速度為600 m/s。已有研究表明，在常規(guī)速度范圍(小于800 m/s)內(nèi)對混凝土類目標侵徹的彈體可視為剛體[20]，故本文不考慮彈體的變形。彈體采用Lagrange算法模擬，以提高計算效率。

圖6所示為彈體侵徹混凝土靶體的損傷發(fā)展過程圖。制導炸彈以600 m/s的速度垂直打擊混凝土靶體，在彈體侵徹過程中，靠近彈頭的混凝土介質(zhì)在沖擊波的作用下，產(chǎn)生很大的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，其值遠遠大于混凝土的動抗拉強度和抗壓強度，彈體周圍混凝土受到強烈壓縮，使得混凝土產(chǎn)生粉碎性破壞[21]。在=1 ms時，彈體與混凝土靶體開始接觸，彈頭周圍混凝土由于受到擠壓而產(chǎn)生局部損傷區(qū)；隨著彈體侵入，混凝土的損傷范圍不斷擴大。在=23 ms左右，彈體速度基本降為0 m/s。在侵徹過程中，混凝土的損傷范圍從彈坑處到彈頭前端呈現(xiàn)逐漸減小的分布規(guī)律，主要是因為彈體侵徹速度很快，周圍的混凝土的損傷還未來得及發(fā)展。隨著彈體侵徹速度降低，混凝土的損傷逐漸發(fā)展。

(a) 侵徹模型示意圖；(b) 彈體尺寸

t/ms：(a) 1；(b) 5；(c) 10；(d) 15；(e) 20

混凝土最終侵徹損傷分布如圖7所示。由于反射拉伸波的作用，在混凝土靶體正面產(chǎn)生直徑為3.6 m的彈坑，約為彈體直徑的9.7倍；侵徹破碎區(qū)直徑為2.4 m，約為彈體直徑的6.5倍，整個侵徹破碎區(qū)深度為6.9 m?？梢钥闯?，彈體的侵徹只造成混凝土靶體的局部破壞。

圖8所示為彈體速度、位移隨時間變化圖。制導炸彈從接觸混凝土靶體到速度降為0 m/s的整個侵徹時間約為23 ms，速度變化整體呈現(xiàn)均勻下降。隨著侵徹深度增加，彈體速度逐漸降低，侵徹深度變化逐漸趨于平緩，侵徹最大深度約為6.5 m。

圖7 侵徹損傷分布

1—速度；2—位移。

4 侵徹與爆炸聯(lián)合作用分析

4.1 考慮侵徹初始毀傷的內(nèi)部爆炸耦合模型建立

為分析侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷機理及損傷分布特征以及侵徹效應(yīng)對混凝土內(nèi)部爆炸毀傷的影響，在制導炸彈侵徹混凝土引起損傷的基礎(chǔ)之上，建立彈體侵徹與爆炸聯(lián)合作用的耦合計算模型，如圖9(a)所示。該模型考慮了彈體的侵徹效應(yīng)，在侵徹損傷的基礎(chǔ)上研究彈藥爆炸對混凝土靶體的毀傷，能夠更加真實地模擬制導導彈打擊下混凝土靶體的毀傷效應(yīng)。當彈體垂直侵入混凝土靶體6.5 m深時(彈體速度降為0 m/s)，將彈頭及部分彈體轉(zhuǎn)化為炸藥，剩余彈體刪除，裝藥量為306 kg(GBU-28導彈裝藥量)，炸藥采用SPH粒子，粒子直徑為0.05 m，粒子總數(shù)為352，起爆點設(shè)置在彈頭前端，即距混凝土靶體頂面6.5 m的位置。為對比分析侵徹毀傷對混凝土內(nèi)部爆炸的影響，假設(shè)將彈藥直接埋置在混凝土靶體的內(nèi)部進行起爆，采用與侵徹和爆炸聯(lián)合作用相同的裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥量，在混凝土靶體內(nèi)部相同的位置進行起爆，耦合模型如圖9(b)所示。

(a) 侵徹與爆炸聯(lián)合作用耦合模型；(b) 內(nèi)置裝藥爆炸耦合模型

4.2 侵徹初始毀傷對混凝土靶體內(nèi)部爆炸毀傷特征的影響

為更好地分析侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷效應(yīng)，研究初始侵徹損傷對混凝土內(nèi)部爆炸的影響，下面將分別從侵徹與爆炸聯(lián)合作用和內(nèi)置裝藥直接起爆下混凝土靶體的毀傷發(fā)展過程來分析侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷機理。

炸藥起爆后，由于爆炸沖擊波的作用，周圍的混凝土被壓碎。當沖擊波通過壓碎區(qū)以后，繼續(xù)向外圍混凝土傳播，此時由于炸藥的大部分能量都用于混凝土的破碎和壓縮，作用在混凝土單位面積上的能量降低，沖擊波衰減成壓縮應(yīng)力波，使得混凝土徑向產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，環(huán)向產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，由于混凝土的抗壓強度高，抗拉強度低，當波陣面上的拉應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強度值時，在破碎區(qū)就形成許多徑向拉裂縫。當應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)的自由面時，反射成拉伸波，若拉應(yīng)力值超過混凝土的抗拉強度值，亦會引起混凝土材料的破壞。

圖10所示為侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷發(fā)展過程。當彈體侵入混凝土內(nèi)部時，形成一定范圍的損傷區(qū)，繼而炸藥在侵徹損傷的基礎(chǔ)上進行起爆。在炸藥起爆后，產(chǎn)生強烈的沖擊波，使得彈道周圍的混凝土受到強烈的擠壓，隨后，高溫高壓的爆轟產(chǎn)物充滿整個彈道，在侵徹損傷的基礎(chǔ)之上，形成更大范圍的受壓破碎區(qū)。隨著時間的推移，當=3 ms時，壓力波傳至混凝土側(cè)面自由面，在臨空面上由于反射拉伸波的作用，開始產(chǎn)生受拉損傷區(qū)；當=5 ms時，在破碎區(qū)的外圍開始出現(xiàn)徑向拉裂隙；當=10 ms時，破碎區(qū)繼續(xù)發(fā)展，同時產(chǎn)生更多的徑向裂隙，在自由面附近，由于拉伸波的作用，出現(xiàn)一定的拉裂隙；當=30 ms時，混凝土靶體損傷發(fā)展基本趨于穩(wěn)定。

圖11所示為內(nèi)置裝藥起爆后混凝土的毀傷分布發(fā)展過程。炸藥起爆后，產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓的爆轟產(chǎn)物直接作用在炸藥周圍的混凝土上，混凝土受到強烈的擠壓，產(chǎn)生破碎。當=3 ms時，在混凝土靶體的頂面及側(cè)面已經(jīng)形成一定的受拉損傷區(qū)，由于頂面的抵抗線較小，所以，在混凝土靶體頂面受拉損傷嚴重，同時產(chǎn)生向頂部發(fā)展的裂隙；當=5 ms時，頂部的受拉破碎區(qū)加大，同時起爆點前端產(chǎn)生向混凝土靶體下部發(fā)展的裂隙；當=30 ms時，損傷發(fā)展基本趨于穩(wěn)定。

對比侵徹與爆炸聯(lián)合作用下混凝土靶體的毀傷特征與內(nèi)置裝藥起爆作用下混凝土靶體的毀傷特征，可以看出2種情況的混凝土毀傷發(fā)展過程存在著明顯的不同。在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下，由于彈道的存在，炸藥起爆后，部分能量沿彈道逸出，使得作用在周圍混凝土上的爆炸荷載減小，混凝土靶體損傷范圍較?。辉趦?nèi)部爆炸荷載的作用下，部分混凝土碎塊以較高的速度從彈道被拋出；同時，由于高壓的爆轟產(chǎn)物作用在彈道周圍的混凝土上，在混凝土靶體底部產(chǎn)生水平拉裂縫，如圖12(a)所示。在內(nèi)置裝藥條件下，由于沒有逸出通道，爆炸能量大部分用于混凝土靶體的破碎，在抵抗線較小的頂部，產(chǎn)生一定體積的爆破漏斗；在內(nèi)部爆炸荷載的作用下，混凝土靶體產(chǎn)生斜向上和斜向下的裂縫，如圖12(b)所示。從圖12可以看出：在內(nèi)置裝藥起爆條件下，混凝土靶體的破壞更加嚴重，這主要是因為爆轟產(chǎn)物沒有逸出通道，用于毀傷混凝土靶體的爆炸能量較多。

圖13所示為混凝土靶體在內(nèi)部爆炸荷載作用 80 ms后的變形圖。在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下，混凝土靶體在起爆點附近產(chǎn)生水平拉裂縫，形成大小不一的塊體。同時，由于彈坑的存在，部分爆炸能量從彈坑逸出，混凝土靶體頂面變形較小，部分混凝土碎塊以較高的速度從彈坑被拋出。在內(nèi)部爆炸荷載作用下，爆炸能量沒有逸出通道，爆炸荷載大部分用于混凝土的破碎，由于頂部抵抗線較小，所以，混凝土靶體頂部產(chǎn)生較大的鼓包位移。

t/ms：(a) 0；(b) 1；(c) 3；(d) 5；(e) 10；(f) 30；(g) 80

t/ms：(a) 0；(b) 1；(c) 3；(d) 5；(e) 10；(f) 30；(g) 80

(a) 侵徹與爆炸聯(lián)合作用；(b) 內(nèi)置炸藥爆炸

(a) 侵徹與爆炸聯(lián)合作用；(b) 內(nèi)置炸藥爆炸

圖14和15所示分別為混凝土靶體在內(nèi)部爆炸荷載作用下的頂面損傷分布及側(cè)面損傷分布情況。從圖14~15可以看出：在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下，混凝土靶體上部的大裂隙發(fā)展較多，這主要是由于彈體的侵徹形成一定的損傷區(qū)，使得混凝土靶體內(nèi)部出現(xiàn)薄弱面，在爆炸荷載作用下，混凝土更容易被拉裂成大小不一的塊體。

在距混凝土靶體軸線和頂面距離均為4.0 m的位置布置1號測點，在混凝土靶體軸線上、距底面5.0 m的位置布置2號測點(見圖9)。觀察在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下以及在內(nèi)置裝藥直接起爆條件下，作用在混凝土靶體上的爆炸荷載的區(qū)別。圖16(a)所示為1號測點的壓力隨時間變化圖。在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下1號測點最大壓力為12.8 MPa，而在內(nèi)置裝藥直接起爆作用下1號測點最大壓力為19.7 MPa。圖16(b)所示為2號測點的壓力隨時間變化圖。在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下2號測點最大壓力為9.3 MPa，而在內(nèi)置裝藥直接起爆作用下2號測點最大壓力為10.4 MPa。對比1號和2號測點的最大壓力值可以看出：在侵徹與爆炸聯(lián)合作用下周圍混凝土靶體的爆炸荷載較小。其主要原因如下：一是彈道的存在使部分爆轟產(chǎn)物逸出，使得作用在周圍混凝土上的爆炸荷載減??；二是侵徹損傷的存在，延緩了爆炸沖擊波的傳播。

(a) 侵徹與爆炸聯(lián)合作用；(b) 內(nèi)置炸藥爆炸

(a) 侵徹與爆炸聯(lián)合作用；(b) 內(nèi)置炸藥爆炸

(a) 1號測點； (b) 2號測點1—內(nèi)置裝藥起爆；2—侵徹爆炸聯(lián)合作用。

5 結(jié)論

1) 鉆地制導炸彈的高速侵徹破壞主要表現(xiàn)為混凝土靶體的局部損傷。

2) 由于侵徹形成的彈道，爆轟產(chǎn)物從彈道逸出，使得作用在混凝土的爆炸能量減少，混凝土靶體毀傷程度較輕，同時，由于混凝土內(nèi)部存在薄弱面，爆炸荷載作用在彈道周圍的混凝土上，混凝土靶體被拉裂，在彈頭附近形成水平向貫通的裂縫，使得混凝土毀傷區(qū)主要集中在混凝土靶體的中上部。

3) 在內(nèi)置裝藥情況下，由于爆炸能量沒有逸出通道，大部分的能量用于混凝土的破碎，混凝土靶體的破壞更為嚴重；在內(nèi)部爆炸荷載的作用下，混凝土靶體產(chǎn)生斜向上和斜向下的貫通裂縫。

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(編輯 伍錦花)

Damage characteristics of concrete structures under the combined loadings of penetration and explosion

YANG Guangdong1, WANG Gaohui1, LU Wenbo1, JIN Xuhao2, YAN Peng1, CHEN Ming1, LI Qi1

(1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. Science and Technology Promotion Centre, Ministry of Water Resources, Beijing 100000, China)

In order to analyze the damage characteristics of concrete structures subjected to penetration and explosion, the strain rate effect under impact or blast load was taken into consideration. Firstly, the damage processes and failure characteristics of concrete structures subjected to high speed guided bomb in the establishment of the penetration model were studied based on the coupling method of SPH and Lagrange. Then, damage characteristics of concrete subjected to penetration-explosion coupling effect and direct internal explosion were compared by establishing the internal explosion coupling model. The influence of penetration damage on the damage characteristics of concrete subjected to internal explosion was also analyzed. The results show that the penetration of the high-velocity projectile only causes a local damage to the concrete structure. However, the combined effects of penetration and explosion cause more significant damage to the structure. The penetration damage has important effect on the damage mechanism of concrete subjected to internal explosion.

projectile penetration; internal explosion; damage mechanism; damage characteristics

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.12.020

O383

A

1672?7207(2017)12?3284?09

2017?01?04；

2017?03?14

長江科學院開放研究基金資助項目(CKWV2016383/KY)；國家自然科學基金資助項目(51509189)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0402008)(Project(CKWV2016383/KY) supported by the CRSRI Open Research Program; Project(51509189) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2016YFC0402008) supported by National Key Research and Development Plan)

王高輝，博士，副教授，從事高壩抗震和抗爆安全評價；E-mail：wanggaohui@whu.edu.cn