基于LS-DYNA的爆炸應(yīng)力波在不同密度巖體中傳播規(guī)律研究

習(xí)華偉，段 萌

(陜西黃河礦業(yè)集團(tuán)公司，陜西 韓城 715400)

綜合技術(shù)

基于LS-DYNA的爆炸應(yīng)力波在不同密度巖體中傳播規(guī)律研究

習(xí)華偉，段 萌

(陜西黃河礦業(yè)集團(tuán)公司，陜西 韓城 715400)

利用LS-DYNA程序?qū)Σ煌芏葞r體內(nèi)爆炸應(yīng)力波傳播特性以及應(yīng)力峰值進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明：應(yīng)力峰值隨爆源距的增長(zhǎng)而衰減；相同距離條件下，應(yīng)力峰值隨均勻巖體密度呈線性增加趨勢(shì)；松散有裂隙的介質(zhì)可降低爆炸應(yīng)力，起到降震的作用。研究結(jié)果為工程降震措施提供參考。

LS-DYNA程序； 爆炸應(yīng)力波； 均勻巖體； 傳播規(guī)律

1 炸藥和巖體模型的建立

利用LS-DYNA程序?qū)Ρ七^(guò)程進(jìn)行模擬。LS-DYNA程序是求解大位移、大應(yīng)變的非線性顯式動(dòng)力分析程序，已被廣泛應(yīng)用于爆破工程領(lǐng)域。

(1)炸藥材料和狀態(tài)方程。炸藥采用HIGH_EXPLOSIVE_BURE材料模型。模型中采用的狀態(tài)方程如式(1)所示，炸藥參數(shù)如表1所示。

(1)

式中：P——壓力；

V——爆轟產(chǎn)物的相對(duì)體積；

E0——初始比內(nèi)能，105MPa；

R1、R2、A、B、ω——常數(shù)。

(2)巖石模型及材料參數(shù)。巖石材料為*MAT_PLASTIC_KINEMATIC的彈塑性模型。巖石模型材料參數(shù)見表2。

模型為整體長(zhǎng)寬1 200cm、高300cm的長(zhǎng)方形。藥包為直徑D20cm、長(zhǎng)度為80cm的長(zhǎng)柱體，位于模型中心。為了減少求解過(guò)程的運(yùn)算量，建四分之一模型；后處理時(shí)做YZ平面和XY平面對(duì)稱鏡像。依據(jù)不同巖體密度建立6個(gè)模型，巖體密度見表3。

表1 炸藥材料參數(shù)

表2 巖石材料參數(shù)

表3 模型巖體密度

2 傳播規(guī)律分析

條形藥包爆炸應(yīng)力波傳播如圖1。由圖1可以看出，應(yīng)力等值線先由柱狀向橢圓發(fā)展然后繼續(xù)向外擴(kuò)散，逐漸形成近似圓形。

使用LS-DYNA對(duì)條形藥包徑向距離為R～10R(R=0.625D，D為藥包直徑)的元素點(diǎn)的應(yīng)力值進(jìn)行提取。應(yīng)力隨距離變化曲線如圖2，應(yīng)力隨不同介質(zhì)密度變化見表4。

圖1 爆炸應(yīng)力波傳播過(guò)程模擬結(jié)果

圖2 應(yīng)力隨距離變化曲線

由圖2中曲線可以看出爆炸應(yīng)力波在同一均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，應(yīng)力值隨著距離的增大呈指數(shù)衰減，衰減速率隨著距離增加而減慢。不同介質(zhì)中最大應(yīng)力值隨介質(zhì)密度增加而增大，數(shù)值見表5和圖3。

擬合后直線方程為f(x)=0.001 314x+0.050 12，

相關(guān)系數(shù)R2=0.979 5。相同爆源距爆炸應(yīng)力波的應(yīng)力值隨著均勻介質(zhì)密度的增加呈線性增加。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)ANSYS、LS-DYNA能夠有效地建立炸藥和巖體模型，進(jìn)行爆炸應(yīng)力波傳播過(guò)程的動(dòng)態(tài)展示并獲取應(yīng)力值。

(2)爆炸應(yīng)力波在均勻介質(zhì)傳播過(guò)程中，應(yīng)力值隨距爆點(diǎn)距離的增加呈指數(shù)衰減，衰減速度較快，但衰減速率逐漸減小。

(3)當(dāng)爆炸應(yīng)力波在不同密度的均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，應(yīng)力值隨介質(zhì)密度的增加呈線性增長(zhǎng)。質(zhì)密、均勻的介質(zhì)有利于爆炸應(yīng)力波的傳播，而松散、有裂隙的介質(zhì)可以降低爆炸應(yīng)力波的傳播，起到降震的作用。

表4 不同密度均勻介質(zhì)中的應(yīng)力值

表5 不同密度介質(zhì)中最大應(yīng)力值

圖3 最大應(yīng)力隨介質(zhì)密度變化曲線

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Propagation law of explosive stress wave in different density rock based on LS-DYNA program

The propagation characteristics of explosive stress wave in rock mass and the peak stress were simulated by LS-DYNA program. The results showed that the peak stress attenuated with the increase of explosive source distance, under the condition of the same distance the peak stress increased linearly with the density of uniform rock, loosely with cranny medium could decrease the explosive stress and reduce the seismic action. The result provided a reference for seismic reduction engineering.

LS-DYNA program; explosive stress wave; uniform rock mass; propagation law

TD235.1+2

A

2017-- 02-- 20

2017-- 03-- 01

習(xí)華偉(1980-)，男，陜西渭南人，工程師，主要從事煤礦開采技術(shù)工作。

1672-- 609X(2017)04-- 0062-- 03