FDM-DEM耦合方法模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击试验

来源：计算力学学报杂志2025年第1期北京时间：

作者：李云丽,杨振睿,吴文平

单位：武汉工程大学 土木工程与建筑学院 岩土与地下工程系, 武汉 430074,武汉工程大学 土木工程与建筑学院 岩土与地下工程系, 武汉 430074,武汉大学 土木工程学院 工程力学系, 武汉 430072

摘要：全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮,下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探,涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法,开展了月壤水冰模拟物的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验模拟,研究了月壤水冰模拟物在冲击载荷下的动力学性能及损伤特性。通过与试验结果对比,发现本文提出的FDM-DEM模型能够很好模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击测试。获得了月壤水冰模拟物峰值强度与应变率的关系,发现月壤水冰模拟物表现出应变率增强效应,即应变率越高,峰值应力越大,这与砂土的应变率不敏感性存在明显差异。冲击过程中,试样的损伤随着冲击速度的增加而增大,但损伤持续时间变短。损伤裂纹首先出现在试样与压杆的交界处,随着试样的压实,试样内部产生裂纹,最终内外部裂纹相互扩展交汇,直至破坏。研究结果为深入理解月球极地月壤水冰模拟物的动力学性能和失效行为提供了重要的参考。

关键词：月壤水冰模拟物,分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,FDM-DEM耦合,动态冲击特性,破坏形态,

基金资助：国家自然科学基金(52009097;12172259);湖北省教育厅科学研究计划(B2021080);武汉工程大学科研启动基金(K2021035)资助项目.