洞察网格划分对爆破损伤影响的有限元分析

美呗对话

爆破引起的围岩损伤问题，一直是爆破工程界所关心的问题之一。对于爆破岩体损伤的研究方法主要有现场监测、相似试验和数值有限元分析等。由于爆破开挖过程极其复杂，进行物理模拟试验比较困难，一方面是设备复杂昂贵，另一方面是动力相似律不易满足。随着计算机技术和数值仿真软件的速发展及完善，数值模拟研究方法已成为爆炸力学问题研究中的一种主要手段。有限元分析公司的相关资讯可以到我们网站了解一下，从专业角度出发为您解答相关问题，给您优质的服务！http://www.nataid.com/

目前发展较为成熟的数值分析方法是有限差分法和有限元法。与有限差分法相比，有限元法在格划分和边界条件处理等方面具有点，现在已成为爆炸动力学中的主要数值分析方法。在有限元分析过程中，作为数值计算的基础，格划分对计算结果有直接的影响。J通过比较静态和动态载荷研究了格的依赖性，表明如果本构模型中考虑应变率效应，应变率效应将取决于数值格。因此不合理的格划分，不仅会影响到计算精度及计算效率，甚至会导致计算结果偏离际。

利用ANSYSLS-DYNA软件，分别采用四边形映格(工况一)、四边形自由格(工况二)和四边形自由格局部加密(工况)种方式划分模型并进行有限元分析。通过对结果进行比较，研究不同格划分方法对模拟结果的影响。

采用文献中的验模型，利用非线性动力有限元软件ANSYSLS-DYNA建立二维平面应变模型，炸药和混凝土靶选用L算法，给出了轴对称坐标下该模型的几何示意图。TNT装药半径8、长90、埋深100，置于半径500、长1000的混凝土靶中，反向起爆。

自由格划分是自动化程度比较高的格划分技术之一，它在面上可以自动生成角形或四边形格，在体上自动生成四面体格。通常情况下，可利用智能尺寸控制技术()来自动控制格的大小和疏密分布，系统默认为第6级，共分为10级，级别越高格划分越粗，级别越低格划分越细。自由格划分简便，不必考虑划分细节，只要将划分设定为一定级别即可，省掉了手工划分的麻烦。本文取值为1，划分得到的格尺寸为级，见图。

由图可发现，智能格划分时虽然采用了比较高精度，但是在炸药附近区域格划分仍然过于稀疏。为了弥补智能格划分的不足，ANSYSLS-DYNA提供了几种格局部细化的方法。比较简单的是一种相容格加密技术EREFINE，该方法是在原有格基础上进一步细化单元，共分5级，级别越高单元尺寸细化越小。但是，这种细化方法必须考虑与原有节点连接等一系列问题，细化级别太高时，可能会导致格划分的失败。细化深度设为2级，在原有格的基础上，将炸药附近区域的格尺寸细化到级，如图所示。

映格是对规则模型的一种格划分方法，对于不规则模型，通常做法是利用布尔运算对其切割，然后对切割好的模型进行映格划分。因此，对于复杂模型，映格划分方式相较于自由格，需要更多的时间和精力。但是该方法可以控制划分细节，即对应力集中区、爆破损伤区等感兴趣的区域进行格尺寸的控制。图是对模型进行映格划分的结果，采用5格尺寸均匀划分。

混凝土靶采用HJC本构，该模型能够反映混凝土等脆性材料在大变形、高应变率和高围压下材料损伤失效动态响应。HJC模型考虑了材料强度的压力-硬化效应、损伤弱化效应以及应变累积效应，通过引入损伤变量D反映材料的非弹性变形积累对岩石的影响。其等效屈服强度是压力、应变率和损伤的函数，损伤量则是塑性体应变、等效塑性应变和压力的函数。