超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法及系统

本发明属于混凝土动力学与防护结构，尤其涉及超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法及系统。

背景技术：

1、k&c模型（karagozian&case concrete model）通过初始屈服面、峰值强度面、残余强度面、损伤演化关系、动态强度增长因子以及压力-体积状态方程描述混凝土在冲击、侵彻和爆炸等强动力荷载下的非线性响应。现有参数确定方法通常采用软件自动生成参数、参考同类材料参数或根据若干材料试验分别确定相关参数。对于超高性能混凝土，由于其基体致密、抗压强度较高且通常含有钢纤维，其压缩、拉伸以及体积压密响应与普通混凝土存在差异，需要针对目标材料建立相应的参数体系。

2、现有k&c模型的破坏面演化通常采用一套以损伤累积参数为自变量、以破坏面插值系数为因变量的节点式表函数。压缩状态和拉伸状态虽然可通过不同损伤演化参数控制损伤累积速率，但仍沿同一破坏面插值关系确定当前破坏面位置。

3、对于钢纤维增强超高性能混凝土，压缩与拉伸条件下达到峰值强度的变形尺度以及峰后演化过程均可能存在明显差异，拉伸开裂后还受到纤维桥联、界面滑移及损伤局部化等作用影响。因此，仅通过改变压缩和拉伸损伤累积速率而继续共用同一破坏面插值关系，会使两种受力状态的峰前硬化路径和峰后软化路径同时受到统一关系约束，难以分别表征目标超高性能混凝土的压缩和拉伸全过程响应。

4、此外，k&c模型采用表格式压密状态方程描述静水压力与总体积变化之间的关系，所需参数包括体积变量节点、压力节点和卸载体积模量。现有状态方程参数可由软件自动生成、参考同类材料确定或根据压力-体积响应进行调整。然而，当节点缺少目标超高性能混凝土自身压密过程的约束时，难以直接体现材料由初始体积压缩向非线性压密阶段发展的连续变化。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法及系统，基于超高性能混凝土压缩材料级响应和拉伸材料级响应分别构建压缩破坏面插值函数和拉伸破坏面插值函数，使压缩状态和拉伸状态下的破坏面演化路径能够分别确定；同时，根据目标超高性能混凝土的压力-体积响应建立连续塑性体积压密关系，并依据压密进程确定k&c表格式状态方程的压力节点、体积变量节点和卸载体积模量参数，使状态方程参数的构建受到目标材料体积压密过程的约束。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法。

4、超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，包括以下步骤：

5、获取目标超高性能混凝土的基础力学参数、三轴压缩响应、压缩动态强度响应、拉伸动态强度响应、压缩材料级响应、拉伸材料级响应、压力-体积响应以及状态方程构建参数；

6、根据压缩材料级响应构建压缩破坏面插值函数，根据拉伸材料级响应构建拉伸破坏面插值函数；

7、根据压力-体积响应及状态方程构建参数建立连续塑性体积压密关系，根据所述连续塑性体积压密关系确定归一化塑性压密程度，并按照所述归一化塑性压密程度确定多个离散状态节点，确定各离散状态节点对应的静水压力、体积变量和卸载体积模量，将各离散状态节点对应的静水压力、体积变量和卸载体积模量作为k&c表格式状态方程参数；

8、将得到的压缩破坏面插值函数、拉伸破坏面插值函数以及k&c表格式状态方程参数纳入目标超高性能混凝土的k&c动态本构模型参数体系。

9、本发明第二方面提供了超高性能混凝土动态本构模型参数构建系统。

10、超高性能混凝土动态本构模型参数构建系统，包括：

11、数据获取模块，被配置为：获取目标超高性能混凝土的基础力学参数、三轴压缩响应、压缩动态强度响应、拉伸动态强度响应、压缩材料级响应、拉伸材料级响应、压力-体积响应以及状态方程构建参数；

12、破坏面插值函数构建模块，被配置为：根据压缩材料级响应构建压缩破坏面插值函数，根据拉伸材料级响应构建拉伸破坏面插值函数；

13、状态方程参数确定模块，被配置为：根据压力-体积响应及状态方程构建参数建立连续塑性体积压密关系，根据所述连续塑性体积压密关系确定归一化塑性压密程度，并按照所述归一化塑性压密程度确定多个离散状态节点，确定各离散状态节点对应的静水压力、体积变量和卸载体积模量，将各离散状态节点对应的静水压力、体积变量和卸载体积模量作为k&c表格式状态方程参数；

14、参数体系建立模块，被配置为：将得到的压缩破坏面插值函数、拉伸破坏面插值函数以及k&c表格式状态方程参数纳入目标超高性能混凝土的k&c动态本构模型参数体系。

15、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

16、本发明提供了一种超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法及系统，将压缩和拉伸破坏面插值函数、k&c表格式状态方程参数以及根据目标超高性能混凝土材料响应确定的强度面参数、动态强度增长因子模型参数、损伤演化参数和局部化宽度参数locwidth纳入统一的参数构建流程：将k&c模型中压缩状态和拉伸状态共用的破坏面插值关系分别设置为压缩破坏面插值函数和拉伸破坏面插值函数，并在压缩损伤累积状态和拉伸损伤累积状态下分别调用对应的破坏面插值函数，使压缩和拉伸条件下的破坏面演化路径能够分别确定，减少两种受力状态共用同一破坏面插值关系所产生的相互约束。根据目标超高性能混凝土的压力-体积响应建立连续塑性体积压密关系，并以归一化塑性压密程度表征材料的体积压密进程，按照压密进程确定k&c表格式状态方程的离散压力节点，并根据各压力节点对应的相对体积确定体积变量节点，使状态方程参数的构建受到目标材料压力-体积响应的约束，建立目标材料压力-体积响应与k&c表格式状态方程参数之间的对应关系。

17、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，所述压缩破坏面插值函数和拉伸破坏面插值函数分别采用独立设置的节点式表函数表示；根据压缩损伤累积参数和拉伸损伤累积参数分别调用对应的破坏面插值函数，以确定当前破坏面在初始屈服面、峰值强度面和残余强度面之间的位置。

3.如权利要求1所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，所述压缩破坏面插值函数为：

4.如权利要求3所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，压缩破坏面插值函数的节点以形式依次为：

5.如权利要求1所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，所述连续塑性体积压密关系表示为：

6.如权利要求5所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，对第个离散状态节点对应的压密状态变量进行求解并确定静水压力，具体包括：

7.如权利要求1所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，还包括：

8.如权利要求7所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，根据所述三轴压缩响应确定峰值强度面、初始屈服面和残余强度面，具体包括：

9.如权利要求7所述的超高性能混凝土动态本构模型参数构建方法，其特征在于，所述基础力学参数包括准静态抗压强度、准静态抗拉强度、弹性模量、泊松比及密度；所述状态方程构建参数包括初始压密状态参数、最大塑性体积压密量、第一压密曲线参数、第二压密曲线参数、目标压力上限和离散节点数；

10.超高性能混凝土动态本构模型参数构建系统，其特征在于，包括：