LS-DYNA霍普金森壓桿循環沖擊和動態劈裂(SHPB)
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(1)巖石動態劈裂試驗
在進行霍普森壓桿試驗時,需要對入射波進行整形,將矩形波轉化半正弦波。在數值分析時,可以通過加載入射波曲線到入射桿端面的方法對試驗進行模擬,這樣不僅簡化了建模過程,而且保證了入射波與試驗入射波完全一樣,能得到最真實的仿真結果。
采用面面侵蝕接觸,接觸剛度取默認值,動靜摩擦系數取0。得到的動態劈裂模擬結果與試驗結果吻合。桿端由于應力集中產生了三角形壓碎區,試樣中部發生拉伸破壞。
(2)巖石循環沖擊試驗
在循環沖擊時,彈速通常較小,試樣是不會破壞的,因此應力應變曲線在達到峰值后會回彈。
模擬循環沖擊可以使用完全重啟動或Dynain文件法。兩種方法各有優劣,完全重啟動要求較苛刻,很容易報錯,難以調試出來,因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點是無法繼承損傷變量,即損傷無法累積,不過HJC模型通常配合失效準則使用,我們不會用到損傷變量,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,說明利用Dynain文件成功地實現了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數的增加逐漸減小,這是因為巖樣在前一次沖擊后內部產生了裂紋(損傷累積)。
綜上所述,LS-DYNA軟件可以對SHPB相關試驗進行模擬。另外,半正弦波整形技術也可以通過建立紡錘形彈體實現(不建議設置整形器,操作相對復雜,且容易發生穿透和波形震蕩現象)。
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