李双蓓，吴园，赵璇，彭林欣*,3

(1.广西大学 土木建筑工程学院， 广西 南宁 530004；2.工程防灾与结构安全教育部重点实验室， 广西 南宁 530004；3.广西防灾减灾与工程安全重点实验室， 广西 南宁 530004)

0 引言

工程中金属材料结构的应用范围很大，随着各类复杂工况的出现，金属材料动态加载下的裂纹扩展分析成为近几年研究的热点[1-2]。采用扩展有限元法可以对此展开较高效的分析[3]，而分析的可靠性首先取决于材料本构模型的准确性[4-5]。研究表明不同加载应变率下的金属材料力学响应存在显著差异[6]。

动荷载作用下，金属往往会产生率敏感性的塑性行为，NICHOLAS[7]研究了软钢、不锈钢、铝合金等多种金属下的动态力学行为，发现均存在应变率效应。ZERILLI等[8]基于材料微观变形机制提出了考虑率效应的物理本构模型。物理型本构方程拟合实验结果精度较高，但是参数多计算复杂应用困难。JOHNSON等[9]对实验数据进行归纳总结，提出了采用对数函数的线性关系来描述应变率敏感性的经验型本构模型，因其形式简单，参数少且易获取，是动载荷作用下金属结构响应与破坏数值模拟考虑应变率效应的常用方法。但是新的研究成果表明，对于许多金属高应变率下的应力应变行为，JC模型描述得并不准确。ZHOU等[10]通过采用JC本构模型对四种金属实验数据拟合分析发现，传统JC模型适用于中低应变率下的金属材料，对于高应变率下的某些金属材料，会对材料应力有所低估。COWPER等[11]的研究说明高应变率下金属材料的流变应力与应变率的关系用幂函数表达更为贴切。……