基于abaqus三維霍普金森桿的模擬

1.背景

道路等應用巖石工程是國民經濟建設的基礎性工程之一，是社會發展進步的重要支撐。然而，在開挖過程中，變形、破壞等災害嚴重影響了圍巖的穩定性。通過研究巖石在3D應力狀態下的變形規律，可以得到巷道的變形破壞機制，對于防災和指導工程實施具有重要意義。準靜態條件下巖石材料在單一應力和復雜應力的加載下，其力學性能和變形特性已經研究的比較充分，然而在復雜應力狀態下，尤其是具有沖擊擾動下的巖石變形和強度特性研究的很少。

2.有限元模型

根據實驗室現有的三維霍普金森桿裝置進行簡易建模。

2.1發射系統：撞擊桿尺寸：外徑40mm*400一支。

2.2桿件：X軸方向：入射桿長2000mm，透射桿長2000mm，吸收干長2000mm，各一支；Y軸方向：圍壓桿長：1500mm，2支；Z軸方向：圍壓桿長：1500mm，2支；桿件采用高強鋼，經過熱處理，屈服強度不小于900MPa，桿件為方形桿，截面為50mm*50mm。

2.3.試樣尺寸：50mm*50mm*50mm。

2.4具體部件：

3.任務

觀察試樣在三軸應力狀態下，沿著某一個方向沖擊的材料動態響應。

4.abaqus模擬過程

4.1 創建部件：先創建三個方向的桿件和試樣。

4.2 材料屬性：

桿件和撞擊桿的材料是鋼：密度7850kg/m3 、楊氏模量和泊松比分別為：210Gpa、0.3。

試樣材料：密度3000kg/m3、楊氏模量和泊松比分別為：210Gpa、0.3。

70Gpa、0.27。塑性屈服應力：100Gpa、塑性應變為0。

4.3裝配：把試樣裝配在6根桿正交的中心。

4.4分析步：選擇靜力通用。

4.5相互作用：選擇表面與表面接觸。

4.6 載荷和邊界條件：在6根桿的端面施加15Mpa的壓強。將試樣的邊固定。

4.7 網格劃分：

4.8 預應力結果：給試樣施加上15Mpa的預應力。

4.9 復制模型：增加撞擊桿和吸收桿，給撞擊桿施加一個5m/s的初速度，把準靜態加載產生的結果文件導入動載模型作為它的初始狀態，如圖

5.仿真結果

2.avi

上圖是沖擊動載方向上的應力波波傳播過程，紅色線是入射桿的應力波，藍色線是透射桿的應力波。（縱軸代表應力，單位Pa.橫軸代表時間，單位s。）根據入射波，反射波，透射波信號，利用兩波法可以求出試樣的在沖擊方向的應力，應變圖，從而得到在復雜應力狀態下，尤其是具有沖擊擾動下的巖石變形和強度特性。