科研进展

    对混凝土在高动态载荷下的材料行为进行建模是一项具有挑战性的工作。由于材料不同成分之间的复杂相互作用会引发复杂的内部应力状态。如弹性波和冲击波的传播常常导致材料呈现出强烈的非线性反应，进而引发严重的材料损伤和结构的碎片化。因此，对这些小尺度特征进行详细的离散建模可以显著提高仿真的准确性。然而，同时也会大幅增加计算的工作量。

    2024年5月，德国弗劳恩霍夫研究所研究团队提出了一种介尺度的力学建模方法，用于模拟混凝土在动态载荷下的裂缝和碎片化。该方法在模型的准确度和计算效率方面均表现出色。在该研究中，骨料和较大孔隙以球形夹杂物的形式明确嵌入砂浆基体中，并通过对齐网格进行离散化处理以精确模拟骨料表面。此外，研究团队采用了单元侵蚀技术结合均匀裂缝模型来处理主体材料内的单元失效，并仅在骨料与基体之间的薄弱过渡界面使用粘结区单元。由于这些单元只在限定的表面出现，且拓扑结构清晰，因此其应用并未显著增加计算工作量。模型中的砂浆和骨料均采用RHT模型进行建模，该模型结合主应力准则得以增强，从而更好地描述了脆性破坏。研究结果验证了该方法能够准确复现动态载荷作用下混凝土试样的实验观察到的碎片化模式，即便材料参数尚未细致调整。通过分裂霍普金森杆实验进一步证明了该方法还能准确模拟出碎片的尺寸和速度。

来源：Christoph Grunwalda*, Werner Riedel, Martin Sauer, et al., Modeling the dynamic fracture of concrete — A robust, efficient, and accurate mesoscale description. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2024, 424, 116886 . 原文见：https://doi.org/10.1016/j.cma.2024.116886

文：滕飞（情报中心）