A Macroscopic Dynamic Constitutive Model for Ceramic Materials

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A macroscopic constitutive model is presented herein for ceramic materials subjected to dynamic loadings by closely following a previous study on concrete. The equation of state is described by a polynomial equation and the strength model takes into account various effects such as pressure hardening, Lode angle, strain rate, shear damage and tensile softening. In particular, the strength surface of ceramic materials is characterized by a new function which levels out at very high pressures and strain rate effect is taken into account by dynamic increase factor (DIF) which excludes inertial effect. The present model is verified against some available experimental data for ceramic materials in terms of pressure-volumetric response, quasi-static strength surface and strain rate effect. The model is further verified against the data for triaxial test by single element simulation approach and the test data for depth of penetration in AD99.5/RHA struck by tungsten alloy penetrators. Furthermore, comparisons are also made between numerical results of the present model and the JH-2 model. It is demonstrated that the present model can be employed to describe the mechanical behavior of ceramic materials under different loading conditions with reasonable confidence and is advantageous over the existing model.“,”基于已有混凝土材料的相关研究,建立了陶瓷材料在动态载荷作用下的宏观本构模型。模型中状态方程采用多项式描述,强度面模型中考虑了压力相关性、Lode角效应、应变率效应、剪切损伤及拉伸软化等的影响。采用一个新的函数来描述陶瓷材料的强度面,其在较高压力下趋于一个平台值;并采用动态增强因子(DIF)考察剥除惯性效应后陶瓷材料的真实应变率效应。通过将模型预测的压力-体应变响应、准静态强度面以及应变率效应与相关实验数据进行对比,验证了该模型。单个单元测试模拟得到的结果与三轴实验数据以及侵彻实验数据高度吻合,进一步验证了此模型。为显示模型的优越性,还与JH-2模型的预测结果进行了比较。结果表明:所提出的本构模型能够很好地预测陶瓷材料在不同加载条件下的力学行为,且优于现有的模型。
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