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混凝土材料动态本构特性研究进展

    关于混凝土材料动态冲击问题,其研究年代很久,涉及的层面也很深很广,而由此难免有些研究报道没有涉猎。本文主要对近20多年来混凝土材料在动态本构特性研究方面作了较为系统的介绍和总结,而未能对动态、冲击问题中材料力学特性的实验技术和结果以及数值计算方法等方面给予详细说明。

    混凝土材料由于其成分复杂、多变,并且在使用中往往承受的载荷大而且变化剧烈,还有也可能承受各种严酷的环境作用和偶然性事故,例如强烈的地震、物体碰撞、爆炸冲击、风浪侵袭等。因而,其在动态、冲击下的研究是相当重要而且十分必要的,且有广阔的前景。但是,应该注意到这一领域的研究也是相当困难的。当然,近20多年的研究在这方面已经取得了很大的进展,然而需要研究的问题还是不少。

  (1)混凝土材料表现出了不连续性、非均质性、各向异性以及时空相关性等,如何在本构模型中很好的表述这些材料特性还需要从宏、细观相结合的角度深入研究。同时,伴随了动态、冲击过程中的一些突发性事件,基于随机因素本构模型的建立也有必要进一步研究。

  (2)虽然实际问题一般都会涉及到多轴应力状态,但是由于高应变率实验的高难度和复杂性,大量的实验尚限于单轴一维应力实验(如MTS和SHPB实验)和一维应变实验(如轻气炮实验)以及准一维应变实验(如侧限约束SHPB实验)。同时,由于受到实验设备和实验条件的限制,我们只能在实验室里进行小尺寸试件的材料特性研究,如何有效地预估实际中大尺寸结构的动态响应,其真实效果、误差大小如何也是值得我们考虑的问题。

  (3)当前粘塑性理论和损伤理论都已基本完善,如何将二者更好地结合并用于混凝土材料动态力学特性的描述,也需要我们进一步去研究。同时,已有学者从微、细观的角度研究了混凝土材料在准静态下的力学特性并得到了切实可用的本构模型,如何将其推广应用于动态、冲击情况,还需要从理论上去完善。

  (4)当前,基于纳观、介观、细观和宏观相结合的多尺度数值计算已经成为了研究的主流,如何借助这一强有力的工具推动混凝土材料动态、冲击问题的研究,将是今后我们深入研究的主要方向之一。

  通过上述的总结与介绍,可以看出在动态、冲击载荷作用下混凝土材料今后研究发展的方向,是应该注意宏观与细、微观等多种尺度的结合,力学与材料科学的结合,理论分析、实验研究与数值计算的结合,研究分析与工程应用的结合。这需要广大力学工作者、结构工程师和实验师的多方面配合,在这一领域做出贡献。

 
 

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