爆炸载荷下双孔裂纹扩展的数值模拟研究

为研究双孔爆炸裂纹扩展规律,以有机玻璃(PMMA)为介质,利用有限差分软件Autodyn分别对不同孔距(L=7 cm,9 cm,11 cm,13 cm和15 cm)下无导向孔、普通导向孔(空孔)与切槽导向孔的双孔爆炸裂纹扩展进行了数值模拟。采用线性状态方程和JH-2(Johnson-Holmquist)本构模型对体量与偏量进行描述,并引入拉伸断裂软化模型进一步刻画爆炸裂纹效果。为验证PMMA材料模型与物性参数,首先对单孔裂纹扩展进行了模拟,结果再现了裂纹粉碎区和裂隙区,径向裂纹与环向裂纹,裂纹起裂、扩展、分叉与止裂以及二次扩展等行为,成功验证了材料模型与物性参数的适用性。双孔爆炸裂纹扩展模拟结果表明:无导向孔情况下,孔距L是裂纹贯穿最重要影响因素,贯穿方式属于拉伸裂纹相互主动贯穿;普通导向孔和切槽导向孔的导向作用体现在应力集中与缩短裂纹贯穿距离上;孔距L一定时,空孔尺寸效应在一定范围内有利于裂纹贯穿。从裂纹定向扩展效果而言,切槽导向孔的导向作用最强,普通导向孔次之,无导向孔最差。裂纹贯穿机制体现在三方面,即贯穿位置、贯穿裂纹类型与贯穿方式。