LS-DYNA的FEM-SPH耦合模拟岩石爆破

高速冲击涉及材料的大变形、破碎和飞溅等现象，应用基于网格的方法对其进行数值模拟存在困难。拉格朗日网格方法会遭遇单元畸变而计算终止。光滑粒子流体动力学(SPH)作为一种无网格、拉格朗日粒子法，能克服基于网格的方法的缺陷。SPH在处理大变形方面较有限元法(FEM)等拉格朗日网格方法有优势，计算精度和效率都不及FEM，并且SPH的边界处理不如FEM方便。 基于此，发展了将SPH与FEM进行耦合的方法，有

岩石在爆破荷载作用下表现的性质十分复杂，在实际的钻爆开挖中容易引发安全事故。埋入岩体中的炸药发生化学爆炸后，岩石将在爆破近区发生压剪破坏形成粉碎区，在爆破远区发生张拉破坏形成裂隙区。 由于在冲击荷载下存在有限元大变形的问题，因此SPH-FEM耦合法常被用于模拟爆炸、侵彻等问题。下面给出SPH-FEM模拟爆破的结果，并附有k文件供参考学习。 炮孔附近的岩石及炸药采用SPH粒子，远端采用有限元。FEM

1、背景 有限元方法作为数值计算的强大工具，计算结果精确且可重复，降低了试验成本，缩短了研发周期，但有限元方法在切削仿真时容易造成网格畸变，造成求解中断。 光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）的基本思想是将连续体离散为相互作用的粒子，每个粒子具有密度、质量以及相关物理属性，粒子间运动遵循牛顿第二定律；其本质是一种拉格朗日方法，运用插值理论将宏观变

内容简介 该案例以药柱在混凝土内部爆炸为例，讲解如何采用SPH_FEM耦合算法实现药柱爆炸对混凝土损伤的数值模拟。该案例主要内容如下： （1）如何建立SPH_FEM爆炸模型， （2）SPH相关控制关键字如何设置， （3）如何实现SPH和FEM之间的耦合， （4）如何控制不同药柱的起爆时间， （5）如何查看混凝土的损伤参数。

LS-DYNA中，通过FEM-SPH方法可较好地模拟爆破飞石的效果，该方法可用于研究碎块的分布趋势，飞溅速度、位移等运动轨迹，对于损伤的块度、粒度分析则存在缺陷。 与自适应方法不同，炸药与部分岩石区域为单独的粒子算法，周围岩石为拉格朗日单元算法，能节省大量的计算时间。粒子与粒子之间的作用不需要额外定义接触，但是对于粒子的密度及粒子的个数需要合理控制，较多粒子数量可得到更好的爆破效果，同时会大幅提高