《強(qiáng)沖擊荷載作用下混凝土材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性及本構(gòu)模型》成果推介：混凝土是目前工業(yè)與民用建筑中最常用的結(jié)構(gòu)工程材料，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于高層建筑物、長(zhǎng)跨橋、大壩、水電站、隧道、碼頭等。這些混凝土結(jié)構(gòu)在其工作過(guò)程中除了承受正常的設(shè)計(jì)載荷外，往往還要承受諸如地震、爆炸、沖擊和撞擊等動(dòng)載荷。為了更好地設(shè)計(jì)和分析這些混凝土結(jié)構(gòu)，必須對(duì)混凝土材料在沖擊載荷作用下的力學(xué)性能及其本構(gòu)特性進(jìn)行研究。目前，人們對(duì)混凝土材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能已經(jīng)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)和研究，對(duì)其動(dòng)態(tài)本構(gòu)特性也做了一定研究工作。但由于缺乏對(duì)混凝土材料在沖擊荷載作用下破壞機(jī)理的全面認(rèn)識(shí),因此至今仍未有一種大家普遍接受的本構(gòu)模型.北京理工大學(xué)寧建國(guó)教授指導(dǎo)的課題組多年來(lái)一直從事混凝土、鋼筋混凝土材料與結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)荷載作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析和理論建模方面的研究，取得了很好的研究成果。由寧建國(guó)教授擔(dān)任第一作者撰寫(xiě)的《強(qiáng)沖擊荷載作用下混凝土材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性及本構(gòu)模型》是其中部分研究成果。該文發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)G輯:物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》（http://earth.scichina.com/cn/dqml.asp）2008年第6期上。他們基于損傷與塑性耦合的理論，提出了一個(gè)本構(gòu)模型用于描述混凝土材料在強(qiáng)動(dòng)荷載作用下的力學(xué)特性，該模型將對(duì)混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震或抗沖擊設(shè)計(jì)與分析具有重要指導(dǎo)意義。
混凝土材料沖擊特性響應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，不僅涉及了材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)損傷缺陷（微裂紋和微空洞等）的演化發(fā)展，而且還涉及了材料應(yīng)變率敏感效應(yīng)和靜水壓力相關(guān)性的影響。然而，目前在實(shí)驗(yàn)上分離這些材料特性并直接測(cè)試是不可能的。該研究中，宏觀上假設(shè)混凝土材料是一個(gè)均勻連續(xù)體；而從細(xì)觀角度來(lái)看，混凝土材料內(nèi)部存在大量隨機(jī)分布的微裂紋損傷和微空洞缺陷。假設(shè)微裂紋是均勻分布，且符合理想微裂紋體系統(tǒng)條件，由此基于統(tǒng)計(jì)細(xì)觀的理論定義了一無(wú)量綱化的損傷變量—裂紋密度來(lái)表征微裂紋損傷所引起的混凝土材料宏觀力學(xué)性能的劣化。隨著微空洞的塌陷，混凝土材料被壓縮密實(shí)，體積模量也相應(yīng)增大。同時(shí)，在混凝土材料內(nèi)部還產(chǎn)生了不可恢復(fù)的塑性變形。通過(guò)微空洞體積百分比的定義，就可將損傷和塑性完全耦合?；诹鸭y擴(kuò)展模型，微裂紋被激活、成核并擴(kuò)展。當(dāng)累積裂紋密度達(dá)到某一閾值時(shí)，混凝土材料發(fā)生粉碎性破壞。利用該模型對(duì)平板沖擊下混凝土的沖擊特性進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：模型預(yù)示結(jié)果
無(wú)論在變形趨勢(shì)上，還是數(shù)值精度上都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。
這一研究的創(chuàng)新之處在于同時(shí)考慮了混凝土內(nèi)部微裂紋缺陷和微空洞缺陷的成核和擴(kuò)展，并將兩者耦合起來(lái)描述混凝土材料在強(qiáng)沖擊荷載下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。該項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了我國(guó)在沖擊荷載作用下混凝土材料動(dòng)態(tài)特性和本構(gòu)模型研究方面的空白，為武器裝備的研制提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐，并在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，該研究課題得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
每年全世界都有許多地震發(fā)生，特別是今年5月發(fā)生在四川的大地震引起全世界的關(guān)注，建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)顯得尤為重要。希望本研究成果能夠在混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)方面給出一些借鑒和指導(dǎo)意義。
雖然該研究提出的本構(gòu)模型是針對(duì)混凝土材料，同樣適用于巖石等準(zhǔn)脆性材料在沖擊荷載作用下動(dòng)態(tài)特性的描述。
混凝土材料沖擊特性響應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，不僅涉及了材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)損傷缺陷（微裂紋和微空洞等）的演化發(fā)展，而且還涉及了材料應(yīng)變率敏感效應(yīng)和靜水壓力相關(guān)性的影響。然而，目前在實(shí)驗(yàn)上分離這些材料特性并直接測(cè)試是不可能的。該研究中，宏觀上假設(shè)混凝土材料是一個(gè)均勻連續(xù)體；而從細(xì)觀角度來(lái)看，混凝土材料內(nèi)部存在大量隨機(jī)分布的微裂紋損傷和微空洞缺陷。假設(shè)微裂紋是均勻分布，且符合理想微裂紋體系統(tǒng)條件，由此基于統(tǒng)計(jì)細(xì)觀的理論定義了一無(wú)量綱化的損傷變量—裂紋密度來(lái)表征微裂紋損傷所引起的混凝土材料宏觀力學(xué)性能的劣化。隨著微空洞的塌陷，混凝土材料被壓縮密實(shí)，體積模量也相應(yīng)增大。同時(shí)，在混凝土材料內(nèi)部還產(chǎn)生了不可恢復(fù)的塑性變形。通過(guò)微空洞體積百分比的定義，就可將損傷和塑性完全耦合?；诹鸭y擴(kuò)展模型，微裂紋被激活、成核并擴(kuò)展。當(dāng)累積裂紋密度達(dá)到某一閾值時(shí)，混凝土材料發(fā)生粉碎性破壞。利用該模型對(duì)平板沖擊下混凝土的沖擊特性進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：模型預(yù)示結(jié)果
無(wú)論在變形趨勢(shì)上，還是數(shù)值精度上都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。
這一研究的創(chuàng)新之處在于同時(shí)考慮了混凝土內(nèi)部微裂紋缺陷和微空洞缺陷的成核和擴(kuò)展，并將兩者耦合起來(lái)描述混凝土材料在強(qiáng)沖擊荷載下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。該項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了我國(guó)在沖擊荷載作用下混凝土材料動(dòng)態(tài)特性和本構(gòu)模型研究方面的空白，為武器裝備的研制提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐，并在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，該研究課題得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
每年全世界都有許多地震發(fā)生，特別是今年5月發(fā)生在四川的大地震引起全世界的關(guān)注，建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)顯得尤為重要。希望本研究成果能夠在混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)方面給出一些借鑒和指導(dǎo)意義。
雖然該研究提出的本構(gòu)模型是針對(duì)混凝土材料，同樣適用于巖石等準(zhǔn)脆性材料在沖擊荷載作用下動(dòng)態(tài)特性的描述。
