LS-DYNA模拟爆破中时间步长对计算结果影响探讨

为减小LS-DYNA软件模拟工程爆破时产生的误差,探讨了不同输出时间步长Δt对计算结果的影响。通过三个经典算例,数值比较不同时间步长Δt下相应的单元压力、质点速度与加速度的时程曲线的形状与峰值变化规律,并结合实例进行验证。结果表明:Δt值设置越小,绘制出的曲线越平滑,Δt值取1、2或3时的曲线几乎重合;Δt值不为1时,输出的坐标点都包含在Δt值为1的坐标点内;随Δt值增大,结果误差有增大的趋势,但并非严格递增;Δt值等于1时模拟的精确度较高,但求解时间长,且输出数据存储空间大。采用LS-DYNA模拟工程爆破中,Δt值取3~5是比较合理的。     

循环加卸载下花岗岩强度变形及声发射特征

为了研究花岗岩在循环荷载作用下的强度、变形及声发射特征,采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴和三轴循环加卸载试验。结果表明:三轴循环压缩下偏应力-轴向应变曲线的上凹现象和滞回环的迁移现象相比于单轴不太明显;峰值强度和峰值应变与围压间呈现良好的线性增长关系;单轴循环加卸载下,试样表现出柱状劈裂破坏,而在三轴循环加卸载下,试样则具有明显的剪切破坏特征;前5次的循环下加载、卸载段的弹性模量和泊松比都随着循环次数的增大而增大,而在最后一次加载段弹性模量有所降低;三轴循环下试样在最后一次加卸载破坏时产生的声发射振铃计数要明显少于单轴循环。此外,在单轴循环下,每一次加卸载阶段对应的损伤-时间曲线都会出现平台,而三轴下对应的损伤-时间曲线并未出现明显的平台,表明岩样损伤保持平缓增长。     

初始体积分数法在爆炸模拟中的应用

为避免因采用实际装药结构导致网格精度难以保证,同时为减少因简化装药形状而造成模拟误差,针对LS-DYNA软件中的初始体积分数法展开研究。首先对初始体积分数法进行了详细的介绍,接着通过两个典型的算例对该方法在多物质ALE算法和流固耦合算法上应用的可行性进行了验证,最后将模拟值与传统方法及实测结果进行了对比。结果表明:用初始体积分数法模拟不同炸药形状对水中爆炸冲击波超压峰值的影响,圆柱形和球形时的模拟结果互为接近,正方体模拟的结果相对偏大,其差距会随着比例距离的增加而逐渐减小;该方法能够建立爆炸模拟中常见的1/2,1/4甚至1/8球形或圆柱形装药模型,求解的结果精度较高;对于需要考虑炸药不同埋深的情况,建模时可先对炸药预定埋深的区域网格进行细化,再采用初始体积分数法调整炸药的位置,这样可减少重复建模的繁琐过程,且能保证较高的求解精度。     

时间步长对爆破模拟结果的影响研究

为提高LS-DYNA软件模拟工程爆破时的精度,从理论上改进了确定极限时间步长Δte的方法,结合已有的数据对本方法的合理性进行了验证,并通过实例探讨了时间步长Δt对爆破模拟结果的影响。研究表明:Δte仅与炸药的爆速、炸药最小单元的最小边长以及计算时间步长比例因子有关,在网格划分时,炸药单元不能取过小或过于狭长;Δt对土体中爆炸空腔半径形成的影响不大,而对压力峰值的影响显著,且具有一定的规律性;随着比例距离Z的增加,压力峰值误差呈现由小到大,再由大到小的趋势。当计算区域范围在Z0.5m·kg~(-1/3)时,Δt可取为1~3倍Δte;当Z≥0.5m·kg~(-1/3)时,时间步长Δt可适当放宽,取为3~5倍Δte。对于一般的爆破模拟,考虑到经济性,Δt取为1~3倍Δte即可满足大多数工程计算精度的要求。     

实时温度下花岗岩动态压缩破坏特性试验与数值研究

为了研究黑云母花岗岩热动力学性能,对不同实时温度(20℃,100℃,200℃)下的花岗岩试样力学响应和破坏过程进行了室内试验和数值模拟分析。结果表明:在所研究的温度范围内,20℃时岩样的抗压强度和弹性模量值最大,100℃时最小,且100℃下岩样的破碎程度比20℃和200℃的明显偏大;随着加载速率的提高,应力–应变曲线上的峰值应力和峰值应变增加,岩样内部裂纹演化及破坏程度也随之增大;低加载率时试样周边易萌生裂纹,高加载率下试样内部裂纹在加载初期甚至也可被激活;所提出的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数确定方法是可行的,数值模拟能较好地描述热处理岩样在冲击荷载作用下力学特性;HJC模型与相关失效准则相结合,能逼真地展现岩样动态压缩破裂过程及其形破坏态变化。