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(lǐng)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(shí)體單元。巖石采用常應(yīng)力實(shí)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(dòng)而產(chǎn)生單元網(wǎng)格的變形,但是在結(jié)構(gòu)變形巨大時(shí),有可能使有限元網(wǎng)格造成嚴(yán)重畸變,引起數(shù)值計(jì)算的困難,甚至程序終止運(yùn)算,固該種算法不適合空氣和炸藥;由于爆炸時(shí)間非常短暫,并在瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波,從而對周圍的物體進(jìn)行沖擊導(dǎo)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(yán)重畸變引起的數(shù)值計(jì)算困難,并實(shí)現(xiàn)流固耦合的動(dòng)態(tài)分析,該種算法是中心單點(diǎn)積分的ALE多物質(zhì)單元,即一個(gè)單元內(nèi)可以包含多種物質(zhì),ALE算法是先執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)Lagrange時(shí)步計(jì)算,此時(shí)單元網(wǎng)格隨材料流動(dòng)而產(chǎn)生變形,然后執(zhí)行ALE時(shí)步計(jì)算:

(1)保持變形后的物體邊界條件,對內(nèi)部單元進(jìn)行重分網(wǎng)格,網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)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(yīng)力張量,能量等)和節(jié)點(diǎn)速度矢量輸運(yùn)到重分的新網(wǎng)格中,成為Advection step,用戶可以選擇ALE時(shí)步的開始和終止時(shí)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(guān)鍵字將空氣和炸藥材料綁定在一個(gè)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(diǎn),一種是通過*constrained_lagrange_in_solid來實(shí)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(yīng)變,高應(yīng)變率和高壓力條件下使用,巖石的等效強(qiáng)度與壓力,應(yīng)變率和損傷有關(guān),巖石材料通過在k文件中添加*MAT_ADD_EROSION關(guān)鍵字來定義巖石的抗壓強(qiáng)度和失效主應(yīng)力為巖石失效判據(jù),使得巖石當(dāng)抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定值或者單元主應(yīng)力達(dá)到設(shè)定值時(shí)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(jìn)行爆轟壓力計(jì)算: