基于LS-DYNA的SHPB霍普金森壓桿模擬巖石破壞形態(tài)
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在進行巖石類試驗時,由于巖石試件可能會突然斷裂,因此在試樣上貼應變片往往會產生不可避免的誤差,而SHPB試驗系統可以有效避免這一現象,因此被廣泛應用于巖土領域的動力學研究中。巖石的力學性質具有明顯的應變率效應,研究巖石的動態(tài)力學性能,能夠為精細化爆破、圍巖保護、優(yōu)化爆破和支護參數提供依據,對高效破巖、改善破巖效果、提高巷道掘進速度以及保障煤礦井下安全有重要意義。
LS-DYNA軟件可以準確的模擬出這一實驗過程,目前在學術論文中非常常見,關于相關的教學資料也較多。事實上,SHPB數值模擬建模較為容易,但在進行仿真時,往往受限于損傷本構模型而無法直接模擬出巖石試件的破壞形態(tài)。這就需要引入單元侵蝕準則,關于這一關鍵字可以在我以往帖子中或關鍵字手冊中詳細了解。我們可以根據試樣在沖擊時的受力模式,針對性的添加單元侵蝕準則,從而可以模擬出真實的巖樣破碎形態(tài)。動態(tài)壓縮和劈裂的模擬結果展示如下:
(1)動態(tài)壓縮
(2)動態(tài)劈裂
另外,SHPB模擬也應注重入射波的整形問題,盡量避免矩形波的出現,我們可以通過建立紡錘形彈體或變截面入射桿來將入射波整形為標準的半正弦波。事實上,目前更流行的是直接對入射桿端面加載自己試驗打出來的波形,這樣反而更能真實地模擬出自己試驗時的三波波形。
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