基于率相关损伤塑性模型的钢筋混凝土靶板侵彻响应分析

王国盛; 申毅敏; 路德春; 杜修力

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.202602270018

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基于率相关损伤塑性模型的钢筋混凝土靶板侵彻响应分析

论文 | 更新时间：2026-11-06

- 基于率相关损伤塑性模型的钢筋混凝土靶板侵彻响应分析
- Penetration Response Analysis of Reinforced Concrete Target Plates Based on Rate‑dependent Damage Plasticity Model
- 防灾减灾工程学报 2026年46卷第5期页码：927-939
- 作者机构：
  
  北京工业大学岩土与地下工程研究所，北京100124
- 作者简介：
  
  王国盛（1990—），男，教授，博导，博士。主要从事混凝土力学特性及本构模型研究。E‑mail:wangguosheng@bjut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52378471;52025084;52278323)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.202602270018
  中图分类号： TU443
- 收稿：2026-02-27，
  
  修回：2026-03-31，
  
  纸质出版：2026-10-28
- 稿件说明：
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王国盛,申毅敏,路德春等.基于率相关损伤塑性模型的钢筋混凝土靶板侵彻响应分析[J].防灾减灾工程学报,2026,46(05):927-939.

WANG Guosheng,SHEN Yimin,LU Dechun,et al.Penetration Response Analysis of Reinforced Concrete Target Plates Based on Rate‑dependent Damage Plasticity Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(05):927-939.
王国盛,申毅敏,路德春等.基于率相关损伤塑性模型的钢筋混凝土靶板侵彻响应分析[J].防灾减灾工程学报,2026,46(05):927-939. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202602270018.

WANG Guosheng,SHEN Yimin,LU Dechun,et al.Penetration Response Analysis of Reinforced Concrete Target Plates Based on Rate‑dependent Damage Plasticity Model[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2026,46(05):927-939. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202602270018.

摘要

核安全壳是防止放射性物质释放的最后一道物理屏障，确保其在弹丸冲击等极端动态载荷下的结构完整性对于核安全至关重要。本研究通过结合轻气炮试验与高精度数值模拟方法，对弹丸冲击下钢筋混凝土靶板的动力响应和破坏机理展开深入研究。发展了混凝土率相关损伤塑性模型，模型结合了有效硬化函数、多轴损伤变量和非线性动态S准则。基于该模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好，合理再现了混凝土在冲击载荷下的应变率效应、多轴损伤和塑性演化行为。进一步的模拟结果表明，冲击中心的动态抗压强度和抗拉强度分别可达静态值的4.1倍和4.83倍，峰值应变率超过5 000 s⁻¹。揭示了应力波的传播、反射和叠加效应，进一步阐明了靶板正面混凝土破碎主要由直接压缩应力波驱动，而背面拉伸剥落层裂则是由于压缩波传播至自由边界发生反射并叠加形成拉伸波所致，这是核安全壳在动态冲击下的关键破坏模式。研究成果可为反应堆安全壳等关键防护结构的抗冲击优化设计提供理论依据。

Abstract

Nuclear containment structures serve as the ultimate physical barrier against the release of radioactive materials. Consequently

ensuring their structural integrity under extreme dynamic loads

such as projectile impacts

is paramount for nuclear safety. This study investigated the dynamic response and failure mechanisms of reinforced concrete (RC) target plates under projectile impact by integrating light-gas gun tests with high-precision numerical simulations. A concrete rate-dependent damage plasticity model was established

incorporating an effective hardening function

multiaxial damage variables

and a nonlinear dynamic S-criterion. The numerical simulation results based on this model agreed well with the experimental data

reasonably reproducing the strain-rate effects

multiaxial damage

and plastic evolution of concrete under impact loading. Furt

her simulation results showed that the dynamic compressive and tensile strengths at the impact center could reach 4.1 and 4.83 times their static values

respectively

with peak strain rates exceeding 5 000 s

-1

. Furthermore

the propagation

reflection

and superposition effects of stress waves were revealed. The results elucidated that concrete crushing on the front face of the target plate was primarily driven by direct compressive stress waves

whereas tensile spalling on the rear face resulted from the reflection of compressive waves at the free boundary and their superposition to form tensile waves. This was identified as a critical failure mode of nuclear containment structures under dynamic impact. These findings provide a theoretical basis for the impact-resistant design and optimization of critical protective structures such as reactor containment systems.

关键词

Keywords

references

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