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爆破引起的圍巖損傷問題，一直是爆破工程界所關心的問題之一。對于爆破巖體損傷的研究方法主要有現(xiàn)場監(jiān)測、相似試驗和數(shù)值有限元分析等。由于爆破開挖過程極其復雜，進行物理模擬試驗比較困難，一方面是設備復雜昂貴，另一方面是動力相似律不易滿足。隨著計算機技術和數(shù)值仿真軟件的快速發(fā)展及完善，數(shù)值模擬研究方法已成為爆炸力學問題研究中的一種主要手段。
目前發(fā)展較為成熟的數(shù)值分析方法是有限差分法和有限元法。與有限差分法相比，有限元法在網(wǎng)格劃分和邊界條件處理等方面具有優(yōu)點，現(xiàn)在已成為爆炸動力學中的主要數(shù)值分析方法。在有限元分析過程中，作為數(shù)值計算的基礎，網(wǎng)格劃分對計算結果有直接的影響。Johansson通過比較靜態(tài)和動態(tài)載荷研究了網(wǎng)格的依賴性，表明如果本構模型中考慮應變率效應，應變率效應將取決于數(shù)值網(wǎng)格。因此不合理的網(wǎng)格劃分，不僅會影響到計算精度及計算效率，甚至會導致計算結果偏離實際。
利用ANSYS/LS-DYNA軟件，分別采用四邊形映射網(wǎng)格(工況一)、四邊形自由網(wǎng)格(工況二)和四邊形自由網(wǎng)格局部加密(工況三)三種方式劃分模型并進行有限元分析。通過對結果進行比較，研究不同網(wǎng)格劃分方法對模擬結果的影響。
采用文獻中的實驗模型，利用非線性動力有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立二維平面應變模型，炸藥和混凝土靶選用Lagrange算法，給出了軸對稱坐標下該模型的幾何示意圖。TNT裝藥半徑8mm、長90mm、埋深100mm，置于半徑500mm、長1000mm的混凝土靶中，反向起爆。
自由網(wǎng)格劃分是自動化程度最高的網(wǎng)格劃分技術之一，它在面上可以自動生成三角形或四邊形網(wǎng)格，在體上自動生成四面體網(wǎng)格。通常情況下，可利用智能尺寸控制技術(smartsize)來自動控制網(wǎng)格的大小和疏密分布，系統(tǒng)默認為第6級，共分為10級，級別越高網(wǎng)格劃分越粗，級別越低網(wǎng)格劃分越細。自由網(wǎng)格劃分簡便，不必考慮劃分細節(jié)，只要將劃分設定為一定級別即可，省掉了手工劃分的麻煩。本文smartsize取值為1，劃分得到的網(wǎng)格尺寸為cm級，見圖。
由圖可發(fā)現(xiàn)，智能網(wǎng)格劃分時雖然采用了最高精度，但是在炸藥附近區(qū)域網(wǎng)格劃分仍然過于稀疏。為了彌補智能網(wǎng)格劃分的不足，ANSYS/LS-DYNA提供了幾種網(wǎng)格局部細化的方法。比較簡單的是一種“相容”網(wǎng)格加密技術EREFINE，該方法是在原有網(wǎng)格基礎上進一步細化單元，共分5級，級別越高單元尺寸細化越小。但是，這種細化方法必須考慮與原有節(jié)點連接等一系列問題，細化級別太高時，可能會導致網(wǎng)格劃分的失敗。細化深度設為2級，在原有網(wǎng)格的基礎上，將炸藥附近區(qū)域的網(wǎng)格尺寸細化到mm級，如圖所示。
映射網(wǎng)格是對規(guī)則模型的一種網(wǎng)格劃分方法，對于不規(guī)則模型，通常做法是利用布爾運算對其切割，然后對切割好的模型進行映射網(wǎng)格劃分。因此，對于復雜模型，映射網(wǎng)格劃分方式相較于自由網(wǎng)格，需要更多的時間和精力。但是該方法可以控制劃分細節(jié)，即對應力集中區(qū)、爆破損傷區(qū)等感興趣的區(qū)域進行網(wǎng)格尺寸的控制。圖是對模型進行映射網(wǎng)格劃分的結果，采用5mm網(wǎng)格尺寸均勻劃分。
混凝土靶采用HJC本構，該模型能夠反映混凝土等脆性材料在大變形、高應變率和高圍壓下材料損傷失效動態(tài)響應。HJC模型考慮了材料強度的壓力-硬化效應、損傷弱化效應以及應變累積效應，通過引入損傷變量D反映材料的非彈性變形積累對巖石的影響。其等效屈服強度是壓力、應變率和損傷的函數(shù)，損傷量則是塑性體應變、等效塑性應變和壓力的函數(shù)。
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