基于LSDYNA巖石爆破模擬建模分析

2017-04-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Ls Dyna巖石爆破模擬仿真

作者:dyna_focus

擅長領域:dyna/abaqus/hypermesh

一、數(shù)值模型的建立

1.1 單元及算法的選擇

巖石,炸藥,空氣都采用solid164實體單元。巖石采用常應力實體單元,該種單元屬于純粹的lagrange算法,該種算法單元網(wǎng)格附著在材料上,隨著材料的流動而產(chǎn)生單元網(wǎng)格的變形,但是在結構變形巨大時,有可能使有限元網(wǎng)格造成嚴重畸變,引起數(shù)值計算的困難,甚至程序終止運算,固該種算法不適合空氣和炸藥;由于爆炸時間非常短暫,并在瞬間產(chǎn)生強大的沖擊波,從而對周圍的物體進行沖擊導致破壞,爆炸過程中空氣和炸藥變形較大,因此炸藥和空氣采用ALE算法,ALE算法可以克服嚴重畸變引起的數(shù)值計算困難,并實現(xiàn)流固耦合的動態(tài)分析,該種算法是中心單點積分的ALE多物質單元,即一個單元內可以包含多種物質,ALE算法是先執(zhí)行一個或幾個Lagrange時步計算,此時單元網(wǎng)格隨材料流動而產(chǎn)生變形,然后執(zhí)行ALE時步計算:

(1)保持變形后的物體邊界條件,對內部單元進行重分網(wǎng)格,網(wǎng)格的拓撲關系保持不變,成為smooth step;

(2)將變形網(wǎng)格中的單元變量(密度,應力張量,能量等)和節(jié)點速度矢量輸運到重分的新網(wǎng)格中,成為Advection step,用戶可以選擇ALE時步的開始和終止時間,以及其頻率,該種算法可以處理類似炸藥,空氣這種大變形的問題,解決網(wǎng)格畸變。

通過*ALE_MULTI_MATERIAL_GROUP關鍵字將空氣和炸藥材料綁定在一個單元算法里。巖石與炸藥,空氣之間的相互作用采用流固耦合的方法,流固耦合通常有兩種方法,一種是共節(jié)點,一種是通過*constrained_lagrange_in_solid來實現(xiàn),本文采用第二種方法。

1.2 材料參數(shù)及狀態(tài)方程

1. 巖石材料模型

巖石材料選用Johnson-Holmquist模型,該模型適合在大應變,高應變率和高壓力條件下使用,巖石的等效強度與壓力,應變率和損傷有關,巖石材料通過在k文件中添加*MAT_ADD_EROSION關鍵字來定義巖石的抗壓強度和失效主應力為巖石失效判據(jù),使得巖石當抗壓強度達到設定值或者單元主應力達到設定值時即失效,從而模擬巖石爆破失效。

2. 炸藥材料參數(shù)

炸藥材料模型采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN,采用JWL狀態(tài)方程進行爆轟壓力計算: