Die nukleare Sicherheitsummantelung ist die letzte physikalische Barriere, um die Freisetzung radioaktiver Substanzen zu verhindern. Die Gewährleistung ihrer strukturellen Integrität unter extremen dynamischen Lasten wie Projektileinschlägen ist entscheidend für die nukleare Sicherheit. In dieser Studie werden Leichtgaskanonenversuche und hochpräzise numerische Simulationsmethoden kombiniert, um die dynamische Reaktion und die Schadensmechanismen von Zielplatten aus Stahlbeton unter Projektilbeschuss eingehend zu untersuchen. Ein ratenabhängiges plastisches Schadensmodell für Beton wurde entwickelt, das eine effektive Verfestigungsfunktion, mehrachsige Schadensvariablen und das nichtlineare dynamische S-Kriterium integriert. Die numerischen Simulationsergebnisse, die auf diesem Modell basieren, zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Testergebnissen und reproduzieren die Effekte der Dehnungsraten, die mehrachsigen Schäden und das plastische Evolutionsverhalten von Beton unter Stoßlasten angemessen. Weitere Simulationsergebnisse zeigen, dass die dynamische Druck- und Zugfestigkeit im Einschlagzentrum jeweils das 4,1-fache bzw. 4,83-fache der statischen Werte erreichen kann, wobei die maximale Dehnungsrate 5 000 s⁻¹ überschreitet. Es wurden die Effekte der Ausbreitung, Reflexion und Überlagerung von Spannungswellen aufgedeckt, wobei klargestellt wurde, dass die Zerstörung der Betonvorderseite der Zielplatte hauptsächlich durch direkte Druckspannungswellen getrieben wird, während die Zugabplatzung der Rückseite durch reflektierte Druckwellen an der freien Grenze und deren Überlagerung zu Zugspannungswellen verursacht wird. Dies stellt den Schlüsselbruchmodus der nuklearen Sicherheitsummantelung unter dynamischen Einwirkungen dar. Die Forschungsergebnisse können eine theoretische Grundlage für die optimierte stoßfeste Gestaltung von Schutzeinrichtungen wie Reaktorsicherheitsbehältern bieten.

Stahlbeton; Leichtgaskanonenversuche; numerische Simulation; ratenabhängiges plastisches Schadensmodell; dynamische Reaktion