LS-DYNA霍普金森壓桿循環(huán)沖擊和動(dòng)態(tài)劈裂(SHPB)
(1)巖石動(dòng)態(tài)劈裂試驗(yàn)
在進(jìn)行霍普森壓桿試驗(yàn)時(shí),需要對(duì)入射波進(jìn)行整形,將矩形波轉(zhuǎn)化半正弦波。在數(shù)值分析時(shí),可以通過(guò)加載入射波曲線到入射桿端面的方法對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬,這樣不僅簡(jiǎn)化了建模過(guò)程,而且保證了入射波與試驗(yàn)入射波完全一樣,能得到最真實(shí)的仿真結(jié)果。
采用面面侵蝕接觸,接觸剛度取默認(rèn)值,動(dòng)靜摩擦系數(shù)取0。得到的動(dòng)態(tài)劈裂模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合。桿端由于應(yīng)力集中產(chǎn)生了三角形壓碎區(qū),試樣中部發(fā)生拉伸破壞。
(2)巖石循環(huán)沖擊試驗(yàn)
在循環(huán)沖擊時(shí),彈速通常較小,試樣是不會(huì)破壞的,因此應(yīng)力應(yīng)變曲線在達(dá)到峰值后會(huì)回彈。
模擬循環(huán)沖擊可以使用完全重啟動(dòng)或Dynain文件法。兩種方法各有優(yōu)劣,完全重啟動(dòng)要求較苛刻,很容易報(bào)錯(cuò),難以調(diào)試出來(lái),因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點(diǎn)是無(wú)法繼承損傷變量,即損傷無(wú)法累積,不過(guò)HJC模型通常配合失效準(zhǔn)則使用,我們不會(huì)用到損傷變量,不影響仿真。
圖中所示為多次沖擊下的波形圖。三次沖擊下的入射波曲線完全重合,說(shuō)明利用Dynain文件成功地實(shí)現(xiàn)了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數(shù)的增加逐漸減小,這是因?yàn)閹r樣在前一次沖擊后內(nèi)部產(chǎn)生了裂紋(損傷累積)。
綜上所述,LS-DYNA軟件可以對(duì)SHPB相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行模擬。另外,半正弦波整形技術(shù)也可以通過(guò)建立紡錘形彈體實(shí)現(xiàn)(不建議設(shè)置整形器,操作相對(duì)復(fù)雜,且容易發(fā)生穿透和波形震蕩現(xiàn)象)。
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