巖石單元的案例
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機掘進巖石破碎模擬(單元刪除技術) ￥66.67
盾構機掘進時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術)
采用顯示動力學:
盾構機刀盤模擬為剛體，在轉動掘進的過程中破碎巖石。在巖石達到破碎應力后，采用單元刪除技術刪除掉已破碎的巖石單元。
模型概況：
模型的建立及邊界條件的設置
模型的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果
模擬后的結果
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
無反射邊界條件和負體積問題
本人在做磨料射流切割巖石的仿真過程中，對巖石四周施加了無反射邊界條件。
數值模型計算過程中，總是提示巖石單元出現負體積，造成數值模型無法計算。
如果去除無反射邊界條件且正常計算。后處理中查看產生負體積的巖石單元并未出現大變形。
嘗試過提高巖石單元的硬化程度，修改時間步長，加密或放大網格尺寸，控制沙漏等操作均為解決上述問題。
請問各位經驗豐富的網友指點一下，不勝感激。
生成數條裂紋，用插入cohesive單元做二維巖石切削 ￥30
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術手段，其必要性可從力學機理表征、數值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
從力學機理層面看，巖石切削本質是刀具與巖石接觸區的應力集中引發的脆性斷裂過程，伴隨多條微裂紋的萌生、擴展與貫通。Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。相較于傳統的脆性開裂模型（如最大主應力準則），Cohesive單元能夠同時表征巖石的**張開型（Ⅰ型）、滑開型（Ⅱ型）及混合型裂紋擴展**，完美契合切削過程中多裂紋的復雜擴展模式，而直接通過網格劃分預設裂紋的方法無法模擬裂紋的動態萌生過程，難以反映真實切削機理。
從數值計算精度層面分析，插入Cohesive單元法可實現多裂紋的自主演化與相互作用。在二維切削模型中，刀具擠壓巖石會在刃口前方形成應力集中區，同時在切削面下方產生次生裂紋，多條裂紋的擴展路徑相互影響，最終決定碎屑形態與切削力波動特征。Cohesive單元可預先嵌入巖石基體網格的薄弱面（如顆粒邊界、層理面）或全域分布，當局部應力滿足斷裂準則時，單元自動失效形成裂紋，無需人為預設裂紋路徑，有效避免了預設裂紋帶來的主觀性誤差。此外，Cohesive單元的剛度退化過程可平滑模擬裂紋擴展的能量耗散，解決了傳統有限元模擬中裂紋擴展時的網格畸變與計算不收斂問題，提升了切削力、裂紋擴展長度等關鍵參數的計算精度。
展開 Surpac 6.X顯式3D地質建模 ￥10
通過使用 3D 建模和可視化技術，可以理解和直接表達身體和地質環境3D.3D地質建模可以：有效地可視化巖石和時間地層單元的幾何形狀，以定義和控制建模所需的巖石特性的空間分布和擴散。建立地理對象之間的空間和時間關系，確定地理對象內部組成的變化，了解構造力的位移或扭曲，以及流體流經巖石單元。無論您是地質學家、采礦工程師還是活躍于采礦業;掌握 3D 地質建模技術將被證明是有很大幫助的，無論是推動您的職業生涯還是使您的簡歷具有競爭力。因為在當前所有采礦項目中，地質建模都是必不可少的步驟，但只有少數人知道如何做好它。在這個綜合課程中，我們將幫助您學習和掌握 3D 地質建模。我們將使用 Surpac，這是采礦業最好的軟件之一，它以其結果的可靠性、圖形界面的強大功能和執行速度而著稱。我們將逐步向您展示：如何從 Excel 中記錄的鉆探數據在 Surpac 中創建數據庫，如何在 3D 中顯示和作鉆孔，如何繪制截面并將礦化帶數字化，如何在 3D 中可視化礦床，確定其形狀和體積以及如何設計露天礦的坑。
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采礦工程師
感興趣
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基于ansys/LS-DYNA的聚能裝藥爆破以及裂紋擴展k文件 ￥49
聚能裝藥爆破；裂紋擴展；預裂爆破；
聚能PVC管；2#巖石乳化炸藥；巖體采用HJC模型；
爆轟波作用于炮孔壁，產生初始的壓碎區，聚能方向的裂紋擴展主要由爆生氣體作用產生。
當爆生氣體壓力大于巖石動態抗拉強度時，巖石單元受拉破壞.
LS-DYNA的巖石爆生裂紋擴展模擬方法
基于LS-DYNA軟件模擬巖石爆生裂紋擴展一般有兩種方法：
（1）查看本構模型的損傷云圖
常見的損傷模型有HJC模型、RHT模型和JH-2模型等，關鍵字*DATABASE_EXTENT_BINARY的第一個選項可以控制相關變量的輸出，如HJC模型對應于history var#1。
單孔爆破：
雙孔爆破：
（2）添加關鍵字MAT_ADD_EROSION
當本構的損傷判據無法描述裂紋擴展時，可利用該關鍵字對巖石單元添加失效判據，當單元對應的變量超過設定的閾值后，單元會被刪除。常用的失效判據如下：
可根據需要自行選擇失效準則，并且該關鍵字支持多個失效判據的組合。需注意的是，其未直接給出有關拉力、拉應變的判據，需自行改變正負號。如最大拉應力則需選擇最小失效應力判據，并在選項卡中填入負數。
單孔爆破：
雙孔爆破：
展開 不同切削深度下二維巖石切削分析
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應用于巖石的數值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設定的速度劃過巖石表面，同時以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。
1.計算模型
運用有限元顯示動力學分析方法進行仿真模擬計算。在有限元模型中，巖石材料模型的長度為20mm，高度為5mm的長方形，刀具為長3mm，寬1mm，傾角為15°。
如圖所示為巖石單刀線性切削模型示意圖。將切削刀具視為剛體，巖石材料剖分為6000個單元，巖石采用平面應變四節點雙線性減縮積分單元(CPE4R)，且將被切削部分的巖石進行網格細化，保證精度的同時提高計算效率。
單刀線性切削巖石材料的仿真計算十分復雜，為了提高計算效率和便于分析，忽略次要影響因素，對該模型做出如下假設：
(1)當巖石材料單元失效后即從模型中刪除，忽略其失效后對后續切削的影響。
(2)切削刀具的強度和剛度遠高于巖石材料，將刀具假設為剛體，且在切削過程中不發生磨損。
(3)不考慮溫度對切削過程的影響。
2.計算參數
密度：2600kg/m3
彈性模量2000000000pa
泊松比0.3
斷裂應變0.002
內摩擦角41.84°;
剪漲角5°;
屈服應力10900000pa
失效位移0.0001
3.計算工況
切削速度為15mm/s，切割時間為0.5s，質量縮放為10000。
建立切削深度為0.1 mm -1.8mm共18個工況。
將切削刀具視為剛體，在切削刀具上設置參考點RP來約束其運動，這樣不僅便于切削力的提取，也便于對刀具施加約束條件。
展開 ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬 ￥66.67
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構機刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構機刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構機刀盤及巖石所處砂漿環境的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
模擬后的結果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
模擬動態效果圖（展示成無網格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構機擾動下的應力分布圖
砂漿及巖石在盾構機擾動下的等效塑性應變分布圖
展開 ANSYS/LS-dyna基于SPH-FEM臺階拋擲爆破 ￥50
與自適應方法不同，炸藥與部分巖石區域為單獨的粒子算法，周圍巖石為拉格朗日單元算法，能節省大量的計算時間。粒子與粒子之間的作用不需要額外定義接觸，但是對于粒子的密度及粒子的個數需要合理控制，較多粒子數量可得到更好的爆破效果，同時會大幅提高計算時間，較少粒子則會導致單個粒子質量過大產生荷載集中現象。在調試過程中也發現，炸藥sph與巖石sph的數量需合理控制，否則將不會進行計算。
本文為臺階拋擲爆破案例，起爆后不同時間巖石運動形態如下：
可以看出，隨著時間的推移，臺階中部巖石移動速度逐漸高出上下兩端，致使巖體整體運動狀態呈現出一個中間鼓起、兩端略低的形態；
隨著深度的增加，各個測點的速度有所降低，同一高度處，各個測點的運動速度差別不大。
坡面巖石明顯移動時間大約在20ms，50ms時達到最大拋擲速度，最大初速度在之間23~30ms之間。
以下為案例k文件，可供大家參考
展開 巖石管道爆破模擬問題
我想問一下，做爆破模擬，有三個材料，炸藥，巖石，管道，想用流固耦合方法，現在知道炸藥用ale,管道用la,不知道巖石用什么單元類型，如果用la,那么是不是就不用設置多物質組了
基于LSDYNA巖石爆破模擬建模分析
Ls Dyna巖石爆破模擬仿真（dyna_focus）
作者：dyna_focus
擅長領域：dyna/abaqus/hypermesh
1 數值模型的建立
1.1 單元及算法的選擇
巖石，炸藥，空氣都采用solid164實體單元。巖石采用常應力實體單元，該種單元屬于純粹的lagrange算法,該種算法單元網格附著在材料上，隨著材料的流動而產生單元網格的變形，但是在結構變形巨大時，有可能使有限元網格造成嚴重畸變，引起數值計算的困難，甚至程序終止運算，固該種算法不適合空氣和炸藥；由于爆炸時間非常短暫，并在瞬間產生強大的沖擊波，從而對周圍的物體進行沖擊導致破壞，爆炸過程中空氣和炸藥變形較大，因此炸藥和空氣采用ALE算法，ALE算法可以克服嚴重畸變引起的數值計算困難，并實現流固耦合的動態分析，該種算法是中心單點積分的ALE多物質單元，即一個單元內可以包含多種物質，ALE算法是先執行一個或幾個Lagrange時步計算，此時單元網格隨材料流動而產生變形，然后執行ALE時步計算：（1）保持變形后的物體邊界條件，對內部單元進行重分網格，網格的拓撲關系保持不變，成為smooth step；（2）將變形網格中的單元變量（密度，應力張量，能量等）和節點速度矢量輸運到重分的新網格中，成為Advection step，用戶可以選擇ALE時步的開始和終止時間，以及其頻率，該種算法可以處理類似炸藥，空氣這種大變形的問題，解決網格畸變。通過*ALE_MULTI_MATERIAL_GROUP關鍵字將空氣和炸藥材料綁定在一個單元算法里。巖石與炸藥，空氣之間的相互作用采用流固耦合的方法，流固耦合通常有兩種方法，一種是共節點，一種是通過*constrained_lagrange_in_solid來實現，本文采用第二種方法。
1.2 材料參數及狀態方程
1.
展開 
基于聲發射和能量分析的PFC巖石分析
就單元實驗來講，我們一般將墻體的邊界能作為系統總能量的來源，對巖石來說，應變能會分為兩部分，膠結應變能和顆粒應變能，這兩個能量隨著巖石的變形都會變大。動能我建議是不要記錄的，我們單元實驗一般需要滿足準靜態條件，也就是加載速度需要足夠小，這時候動能幾乎是沒有的，動能會發生在破壞的時候，墻體的邊界能會轉化為動能，因為巖石破壞無法受力了。但是我們系統的阻尼會將動能轉化為阻尼能和摩擦能，所以我建議是巖石的單元實驗分析，只需要記錄邊界能、膠結應變能、顆粒應變能、阻尼能、摩擦能就可以了，如果有需要的話還可以加上膠結破壞能，膠結破壞能在bond_break里面entry(4)就是。下面為記錄能量的代碼，摩擦能忘了記錄了，朋友們可以自己再完善一下。圖4為能量演化圖，算是比較經典的文獻中可見的能量分析了。
def jiance
zongneng=wall.energy("eboundary")
dongneng=ball.energy("ekinetic")
yingbianneng=contact.energy.sum("estrain")
jiaojieneng=contact.energy.sum("epbstrain")
zunineng=ball.energy("edamp")
time=mech.age
end
圖4：能量轉化圖
展開 Ansys/Ls-Dyna進行沖擊器活塞撞擊鉆頭的動力分析
潛孔沖擊器工作原理:活塞上下運動，下行時沖擊鉆頭尾部，鉆頭頭部合金齒與巖石接觸，傳遞壓力至巖石，巖石被擠壓產生裂紋，鉆頭在鉆機帶動下旋轉，旋轉中有裂紋的巖石被切削下來。工作中活塞工作頻率很高，常出現早期斷裂，設計潛孔沖擊器時，大家對活塞的設計和制造倍加關注，進行沖擊器的活塞與鉆頭動力分析非常必要。
然而、活塞、鉆頭和巖石之間是沖擊波，沖擊應力計算很復雜，精確度不高，Ls-Dyna的出現給沖擊器的活塞與鉆頭動力分析帶來了方便，通過分析對活塞的設計和制造提供了理論依椐。
Ls-Dyna是功能齊全的幾何非線性、材料非線性以及摩擦和接觸分離等界面狀態的非線性程序，凡是涉及接觸碰撞、爆炸、穿甲、應力波傳播和金屬加工等問題都可以求解，
Ansys中綜合了Ls-Dyna。
Ansys/Ls-Dyna計算更為方便和精確。
進行活塞與鉆頭動力分析簡述如下:要有:活塞尺寸;鉆頭尺寸;巖石塊尺寸，活塞速度。
計算時使用APDL程序文件，該文件操作者自己編制。關鍵是編制APDL程序文件，完成編制則完成大部分工作量，其他工作由Ansys/Ls-Dyna軟件完成。
整體計算過程:
一.APDL文件:編制情況簡述:
有限元計算要有數學、力學、有限元理論、工程科學、軟件操作和工程經驗，必須對整個計算過程細節進行詳細考察，對軟件的適用范圍、計算精度、有限元模型的網絡劃分精度、材料參數、邊界條件及初始條件搞準、否則可能出錯，濫用是危險的做法，會得出錯誤的結果。
步驟如下:
1.定義工程名稱屬性和采用國際單位制。
2.定義單元類型、材料與實常數:
(1).活塞、鉆頭、巖石的單元類型都為SOLID164
.
(2).輸入活塞、鉆頭、巖石的材料參數:彈性模數、密度、泊松比。
3.建立實體模型，將實體模型剖成為1/4計算。
展開 基于LS-DYNA的臨近隧道爆破開挖模擬建模分析 附LS-DYNA自定義本構子程序基本流程下載
巖石襯砌為solid單元，空氣炸藥為solid_ALE單元。炸藥和空氣采用ALE算法，并實現流固耦合的動態分析。巖石和襯砌共節點連接，空氣和炸藥共節點連接，空氣炸藥與巖石襯砌做流固偶合。采用cm-g-us單位制，爆破時間為0.2S。
幾何模型及網格劃分：
2.結果分析
2.1 開挖隧道初襯某測點震速時程曲線
2.2 不同時刻襯砌應力云圖
下載地址：LS-DYNA自定義本構子程序基本流程
Ls Dyna聯合hypermesh的磨料水射流模擬仿真（dyna_focus）
尤其在巖石破碎，鉆孔等領域應用較為廣泛。磨料水射流除了沖蝕去除巖石，也能對周邊巖石造成損傷，甚至形成裂紋，對后續機械破巖具有重要的意義。
磨料射流破巖是一個涉及諸多因素的非線性沖擊動力學問題，具有瞬時強值動載荷，大變形及高應變率等特點。受理論研究能力和試驗條件的限制，利用理論方法或試驗手段進一步探索磨料射流沖蝕損傷破巖機理難度非常大，然而，隨著計算機技術和計算理論的發展，可以應用數值模擬手段對上述問題進行分析研究。
現如今對水射流的模擬方法不一，查看文獻有些是采用sph或sph_fem方法進行模擬，該方法可以克服水大變形的問題，但是確難以持續模擬水射流的狀態，對于磨料的模擬也不太方便；有些采用固體lag網格模擬水，采用失效的方法模擬水射流，該中方法模擬偏離實際較遠；本文采用ale流固耦合方法對末了水射流進行模擬。
2.網格模型
通過hm建立磨料水射流網格模型，總體網格模型如下圖所示，主要包含四部分：空氣，磨料，水域，巖石，其中前三者采用ALE多物質單元，巖石為lag網格。
模型總體示意圖
模型各區域示意圖
3. 材料模型信息
其中炸藥，藥罩，液體采用ale算法，殼體，射孔彈外殼采用lag算法，磨料通過體積分數定義量。各部件采用的材料模型及狀態方程如下表所示：
部件
單元算法
材料模型
狀態方程
水
Ale
9號*MAT_NULL
EOS_GRUNEISEN
空氣
Ale
9號*MAT_NULL
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
磨料
Ale
1號*MAT_ELASTIC
無
巖石
Lag
111號*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE
無
4.
展開 