混凝土是一种用途广泛的工程材料,它是一种成分十分复杂的复合材料,其组成成分包括骨料(碎石)、水泥、沙子和水,同时材料结构的均匀性不好,并且任何这些组份的变化都会引起其力学性能的不同。尽管混凝土的高压缩强度可以与某些金属媲美,但是其低拉伸强度是一大缺陷。因此,在研究混凝土的高速侵彻时,必须考虑其在抗侵彻方面的力学性能及动态损伤本构关系。在高速侵彻过程中,弹体会发生弹性变形、塑性变形、磨蚀失稳以及弯折破坏等;而混凝土靶体会伴随出现侵彻、冲塞剪切、层裂剥落、径向断裂以及贯穿等局部结构响应。这些物理过程和现象通过现代测试技术还很难准确地进行捕获观察,但是通过数值模拟可以方便地建立混凝土高速侵彻模型,并能获取侵彻过程中各物理量的时程曲线和计算云图,大大地弥补了试验测量和理论分析的不足。对于混凝土靶板的局部撞击响应研究,已经提出的经验公式是基于较低速度的撞击试验拟合分析得到的;而对于高速侵彻,由于实验条件等因素的限制,导致实验缺乏、数据单薄,不能很好地反映混凝土高速侵彻的结构响应特征。而在数值模拟中,本构模型的合理性与输入参数的准确性是真实再现材料动态破坏行为以及获得正确计算结果的基本要求。因此,本文采用LS-DYNA研究了不同的本构模型、侵彻速度及弹靶厚径比对混凝土局部响应行为的影响,主要研究工作包括以下几个方面:1.CSCM(The Continuous Surface Cap Model)本构模型的验证。综合文献和相关实验数据得到模型输入参数,确定各个参数及各物理量间的关系。通过与Hanchak等的试验对比,验证了CSCM模型输入参数的准确性与合理性,表明CSCM模型在弹体侵彻混凝土局部响应模拟中的有效性和可行性。并基于该本构模型,给出了30MPa素混凝土侵彻过程的数字化可视图。该图能够更加直观形象地反映混凝土在高速侵彻过程中各阶段的破坏形态。2.CSCM与HJC模型的侵彻模式对比。主要从混凝土的前靶面冲塞剪切、后靶面疥斑、靶体贯穿等局部结构响应,对比研究了CSCM模型与HJC模型对混凝土侵彻的靶体破坏模式的影响。结果表明CSCM模型能够更为准确地模拟混凝土侵彻的局部响应。3.影响混凝土侵彻的因素。基于CSCM模型开展了30MPa素混凝土正侵彻数值模拟,定性地分析了侵彻速度、靶板厚度对高速侵彻混凝土的贯穿局部响应的影响;定量地分析了侵彻速度、靶板厚度对开坑直径、前坑深度以及弹体速度、加速度和力-位移曲线的影响。结果表明:混凝土靶隧道直径约为弹体直径的1.0~1.5倍左右;当靶板厚度相同时,随着弹体侵彻速度的减小,混凝土靶的前坑和后坑直径均减小。而对于混凝土贯穿响应而言,当弹体侵彻速度相同时,随着混凝土靶厚度的增加,其结构响应就越明显,损伤区域逐渐加大,弹体减加速度波动变得明显。说明靶板厚度越大,弹体侵入混凝土就越困难。