基于LS-DYNA的SHPB霍普金森压杆模拟岩石破坏形态

在进行岩石类试验时，由于岩石试件可能会突然断裂，因此在试样上贴应变片往往会产生不可避免的误差，而SHPB试验系统可以有效避免这一现象，因此被广泛应用于岩土领域的动力学研究中。岩石的力学性质具有明显的应变率效应，研究岩石的动态力学性能，能够为精细化爆破、围岩保护、优化爆破和支护参数提供依据，对高效破岩、改善破岩效果、提高巷道掘进速度以及保障煤矿井下安全有重要意义。

LS-DYNA软件可以准确的模拟出这一实验过程，目前在学术论文中非常常见，关于相关的教学资料也较多。事实上，SHPB数值模拟建模较为容易，但在进行仿真时，往往受限于损伤本构模型而无法直接模拟出岩石试件的破坏形态。这就需要引入单元侵蚀准则，关于这一关键字可以在我以往帖子中或关键字手册中详细了解。我们可以根据试样在冲击时的受力模式，针对性的添加单元侵蚀准则，从而可以模拟出真实的岩样破碎形态。动态压缩和劈裂的模拟结果展示如下：

（1）动态压缩

（2）动态劈裂

另外，SHPB模拟也应注重入射波的整形问题，尽量避免矩形波的出现，我们可以通过建立纺锤形弹体或变截面入射杆来将入射波整形为标准的半正弦波。事实上，目前更流行的是直接对入射杆端面加载自己试验打出来的波形，这样反而更能真实地模拟出自己试验时的三波波形。